JP2000180282A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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- JP2000180282A JP2000180282A JP10356147A JP35614798A JP2000180282A JP 2000180282 A JP2000180282 A JP 2000180282A JP 10356147 A JP10356147 A JP 10356147A JP 35614798 A JP35614798 A JP 35614798A JP 2000180282 A JP2000180282 A JP 2000180282A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】低コストで温度特性に優れた半導体圧力センサ
を容易に提供することにある。 【解決手段】ダイヤフラム６が形成されたシリコンチッ
プ１と、シリコンチップ１に接合され、圧力導入孔７を
備えたガラス台座２と、ガラス台座２にメタライズ層３
を介して半田４により接続されたパッケージ５とを備
え、ダイヤフラム６のたわみ量より圧力を検出する半導
体圧力センサにおいて、−４０℃から２００℃の温度域
で、シリコンチップ１の熱膨張係数がガラス台座２の熱
膨張係数以下であり、かつメタライズ層３の熱膨張係数
がガラス台座２の熱膨張係数より大きく、かつ半田４の
熱膨張係数がメタライズ層３の熱膨張係数より大きく、
かつパッケージ５の熱膨張係数が半田４の熱膨張係数よ
りも小さくされる。
を容易に提供することにある。 【解決手段】ダイヤフラム６が形成されたシリコンチッ
プ１と、シリコンチップ１に接合され、圧力導入孔７を
備えたガラス台座２と、ガラス台座２にメタライズ層３
を介して半田４により接続されたパッケージ５とを備
え、ダイヤフラム６のたわみ量より圧力を検出する半導
体圧力センサにおいて、−４０℃から２００℃の温度域
で、シリコンチップ１の熱膨張係数がガラス台座２の熱
膨張係数以下であり、かつメタライズ層３の熱膨張係数
がガラス台座２の熱膨張係数より大きく、かつ半田４の
熱膨張係数がメタライズ層３の熱膨張係数より大きく、
かつパッケージ５の熱膨張係数が半田４の熱膨張係数よ
りも小さくされる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ダイヤフラムが形
成されているシリコンチップを用いたダイヤフラム型の
半導体圧力センサに係り、特に温度特性及び高温特性に
優れた高精度な半導体圧力センサに関するものである。
成されているシリコンチップを用いたダイヤフラム型の
半導体圧力センサに係り、特に温度特性及び高温特性に
優れた高精度な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において、圧
力センサが多岐にわたって用いられるようになってい
る。中でも、信頼性、コスト、小型軽量化の点から、車
載関係や家電製品などにおける半導体圧力センサの使用
が急増している。
力センサが多岐にわたって用いられるようになってい
る。中でも、信頼性、コスト、小型軽量化の点から、車
載関係や家電製品などにおける半導体圧力センサの使用
が急増している。
【０００３】ところで、半導体圧力センサの従来技術
は、ダイヤフラムを形成したシリコンチップの一方の面
に検出した圧力を電位として取り出すピエゾ抵抗を形成
した構造が知られている。このシリコンチップは、ガラ
ス台座を介してパッケージに接合されているが、シリコ
ンチップとガラス台座とは陽極接合により接合されてお
り、またガラス台座とパッケージとはメタライズ層を介
して半田ろう接合されている。これら物理的に強固な接
合により、使用温度領域においてリークのないセンサを
得ることができる。
は、ダイヤフラムを形成したシリコンチップの一方の面
に検出した圧力を電位として取り出すピエゾ抵抗を形成
した構造が知られている。このシリコンチップは、ガラ
ス台座を介してパッケージに接合されているが、シリコ
ンチップとガラス台座とは陽極接合により接合されてお
り、またガラス台座とパッケージとはメタライズ層を介
して半田ろう接合されている。これら物理的に強固な接
合により、使用温度領域においてリークのないセンサを
得ることができる。
【０００４】上記従来技術は、シリコンチップとガラス
台座という異種の材料を接合していることから、両者の
熱膨張係数の違いにより温度特性には問題があった。す
なわち、熱膨張係数の違いによりシリコンチップとガラ
ス台座間に応力が働き、その結果、ダイヤフラムが変形
することにより、オフセット電圧の温度特性が悪くなる
という問題があった。
台座という異種の材料を接合していることから、両者の
熱膨張係数の違いにより温度特性には問題があった。す
なわち、熱膨張係数の違いによりシリコンチップとガラ
ス台座間に応力が働き、その結果、ダイヤフラムが変形
することにより、オフセット電圧の温度特性が悪くなる
という問題があった。
【０００５】このため、従来技術では、ガラス台座の代
わりにシリコン台座を用いたプロセスが検討されてき
た。例えば図８に示すように、シリコンチップ３１とシ
リコン台座３３の間に水硝子や半田等の中間材３２を介
した接合や、図９に示すように、シリコン台座３３上に
ガラス３４をスパッタにて形成した後に、シリコンチッ
プ３１を陽極接合する方法や、図１０に示すように、オ
プティカルコンタクト（シリコン鏡面どうしの張り合わ
せ）を利用してシリコンチップ３１とシリコン台座３３
とを接合する接合方法などが提案されている。
わりにシリコン台座を用いたプロセスが検討されてき
た。例えば図８に示すように、シリコンチップ３１とシ
リコン台座３３の間に水硝子や半田等の中間材３２を介
した接合や、図９に示すように、シリコン台座３３上に
ガラス３４をスパッタにて形成した後に、シリコンチッ
プ３１を陽極接合する方法や、図１０に示すように、オ
プティカルコンタクト（シリコン鏡面どうしの張り合わ
せ）を利用してシリコンチップ３１とシリコン台座３３
とを接合する接合方法などが提案されている。
【０００６】しかし、これらの方法は、プロセスが非常
に困難であることや、高コストであるという問題点があ
り、必ずしも量産に適した方法ではなかった。
に困難であることや、高コストであるという問題点があ
り、必ずしも量産に適した方法ではなかった。
【０００７】また、ガラス台座に室温でシリコンに熱膨
張係数が近い材料（例えば♯７７４０）を使用した場
合、使用温度領域が−４０℃〜２００℃の場合、図７の
関係図（熱膨張曲線図）に示されるように、ガラスの熱
膨張係数とシリコンの熱膨張係数が交差する温度領域が
あるために、特にダイヤフラム式の半導体圧力センサで
は、オフセット状態でのダイヤフラムの変形状態が変わ
り、センサの温度特性に影響を与えることがわかってい
る。
張係数が近い材料（例えば♯７７４０）を使用した場
合、使用温度領域が−４０℃〜２００℃の場合、図７の
関係図（熱膨張曲線図）に示されるように、ガラスの熱
膨張係数とシリコンの熱膨張係数が交差する温度領域が
あるために、特にダイヤフラム式の半導体圧力センサで
は、オフセット状態でのダイヤフラムの変形状態が変わ
り、センサの温度特性に影響を与えることがわかってい
る。
【０００８】また、この問題を解決するために各温度域
において、シリコンとガラスの熱膨張係数を制限したガ
ラスを使用することで、温度特性の改善を図っている
（特開平４−８３７３３号、特開平７−２４７１３４
号）。
において、シリコンとガラスの熱膨張係数を制限したガ
ラスを使用することで、温度特性の改善を図っている
（特開平４−８３７３３号、特開平７−２４７１３４
号）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】この方法でも半導体圧
力センサの温度特性は改善されるが、近年の半導体圧力
センサの使用温度域の拡大に伴い、シリコンチップとガ
ラス台座だけではなく、半田やパッケージの熱膨張係数
がセンサ特性に及ぼす影響が大きくなっていることか
ら、他の部材についても検討が必要である。仮に、陽極
接合時に発生する応力を最小にできたとしても、半田ろ
う接合のプロセスでは、シリコンやガラスと比較して熱
膨張係数が大きい半田材料を使用することから、これら
より発生する熱応力（半田溶融状態から凝固する際に発
生する熱応力）を効果的に緩和しないと、センサの温度
特性に悪影響を及ぼすことが考えられる。
力センサの温度特性は改善されるが、近年の半導体圧力
センサの使用温度域の拡大に伴い、シリコンチップとガ
ラス台座だけではなく、半田やパッケージの熱膨張係数
がセンサ特性に及ぼす影響が大きくなっていることか
ら、他の部材についても検討が必要である。仮に、陽極
接合時に発生する応力を最小にできたとしても、半田ろ
う接合のプロセスでは、シリコンやガラスと比較して熱
膨張係数が大きい半田材料を使用することから、これら
より発生する熱応力（半田溶融状態から凝固する際に発
生する熱応力）を効果的に緩和しないと、センサの温度
特性に悪影響を及ぼすことが考えられる。
【００１０】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は低コストで温度特性に優れた半導体圧
力センサを容易に提供することにある。
あり、その目的は低コストで温度特性に優れた半導体圧
力センサを容易に提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、ダイヤフラムが形成されたシリコンチップ
と、前記シリコンチップに接合され、圧力導入孔を備え
たガラス台座と、前記ガラス台座にメタライズ層を介し
て半田により接続されたパッケージとを備え、前記ダイ
ヤフラムのたわみ量より圧力を検出するた半導体圧力セ
ンサにおいて、−４０℃から２００℃の温度域で、前記
シリコンチップの熱膨張係数が前記ガラス台座の熱膨張
係数以下であり、かつ前記メタライズ層の熱膨張係数が
前記ガラス台座の熱膨張係数より大きく、かつ前記半田
の熱膨張係数が前記メタライズ層の熱膨張係数より大き
く、かつ前記パッケージの熱膨張係数が前記半田の熱膨
張係数よりも小さくされることを特徴とする。
に本発明は、ダイヤフラムが形成されたシリコンチップ
と、前記シリコンチップに接合され、圧力導入孔を備え
たガラス台座と、前記ガラス台座にメタライズ層を介し
て半田により接続されたパッケージとを備え、前記ダイ
ヤフラムのたわみ量より圧力を検出するた半導体圧力セ
ンサにおいて、−４０℃から２００℃の温度域で、前記
シリコンチップの熱膨張係数が前記ガラス台座の熱膨張
係数以下であり、かつ前記メタライズ層の熱膨張係数が
前記ガラス台座の熱膨張係数より大きく、かつ前記半田
の熱膨張係数が前記メタライズ層の熱膨張係数より大き
く、かつ前記パッケージの熱膨張係数が前記半田の熱膨
張係数よりも小さくされることを特徴とする。
【００１２】また、前記シリコンチップの室温での熱膨
張係数をαＳｉ、前記ガラス台座の室温での熱膨張係数
をαＧ、前記メタライズ層の室温での熱膨張係数をα
Ｍ、前記半田の室温での熱膨張係数をαＳ、前記パッケ
ージの室温での熱膨張係数をαＰとするとき、αＧ／α
Ｓｉ≒１．０４、αＧ／αＭ≒０．２７、αＭ／αＳ≒
０．６８、αＳ／αＰ≒３．５の組み合わせとすること
を特徴とする。
張係数をαＳｉ、前記ガラス台座の室温での熱膨張係数
をαＧ、前記メタライズ層の室温での熱膨張係数をα
Ｍ、前記半田の室温での熱膨張係数をαＳ、前記パッケ
ージの室温での熱膨張係数をαＰとするとき、αＧ／α
Ｓｉ≒１．０４、αＧ／αＭ≒０．２７、αＭ／αＳ≒
０．６８、αＳ／αＰ≒３．５の組み合わせとすること
を特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】（実施形態１）本発明の基本構成
を図１を用いて説明する。図示せぬピエゾ抵抗素子を備
えたダイヤフラム６を有するシリコンチップ１は、ダイ
ヤフラム６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３を介して、半田４でパッケージ５と
半田ろう接合されている。ガラス台座２及びパッケージ
５には、シリコンチップ１に圧力を印加するための圧力
導入孔７が形成されており、ダイヤフラム５のたわみに
よるピエゾ抵抗素子の電気信号により圧力が検出でき
る。
を図１を用いて説明する。図示せぬピエゾ抵抗素子を備
えたダイヤフラム６を有するシリコンチップ１は、ダイ
ヤフラム６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３を介して、半田４でパッケージ５と
半田ろう接合されている。ガラス台座２及びパッケージ
５には、シリコンチップ１に圧力を印加するための圧力
導入孔７が形成されており、ダイヤフラム５のたわみに
よるピエゾ抵抗素子の電気信号により圧力が検出でき
る。
【００１４】ここで、シリコンチップ１の厚さは約０．
３ｍｍ、ガラス台座２の厚さは約１〜４ｍｍ、メタライ
ズ層３の厚さは約０．９μｍ、半田４の厚さは約１０〜
３０μｍとなる。
３ｍｍ、ガラス台座２の厚さは約１〜４ｍｍ、メタライ
ズ層３の厚さは約０．９μｍ、半田４の厚さは約１０〜
３０μｍとなる。
【００１５】このように構成される半導体圧力センサの
製造方法を示す。まず、図２（ａ）に示すように、両面
に鏡面研磨処理を施した面方位（１１０）の単結晶シリ
コン基板１１上に熱酸化によりシリコン酸化膜１２を形
成し、フォトレジストマスクを所定の位置に形成した
後、ウェットエッチングにてシリコン酸化膜１２をエッ
チングし、イオン注入および熱拡散を行う。
製造方法を示す。まず、図２（ａ）に示すように、両面
に鏡面研磨処理を施した面方位（１１０）の単結晶シリ
コン基板１１上に熱酸化によりシリコン酸化膜１２を形
成し、フォトレジストマスクを所定の位置に形成した
後、ウェットエッチングにてシリコン酸化膜１２をエッ
チングし、イオン注入および熱拡散を行う。
【００１６】その後、拡散抵抗配線を形成した後、ＬＰ
ＣＶＤにより単結晶シリコン基板１１の両面にシリコン
窒化膜１３を形成し、ドライエッチング、および８０℃
の水酸化カリウム水溶液による異方性エッチングを行
い、図２（ｂ）に示すようにダイヤフラム１５を形成す
る。その後、所定の位置にフォトレジストによりパター
ニングを行い、図２（ｃ）に示すように、ドライエッチ
ングによりシリコン酸化膜１２、シリコン窒化膜１３を
除去した後、スパッタリングによりアルミ１４を形成
し、フォトレジストマスクによりパターニングした後、
ドライエッチングによりアルミ配線を形成する。
ＣＶＤにより単結晶シリコン基板１１の両面にシリコン
窒化膜１３を形成し、ドライエッチング、および８０℃
の水酸化カリウム水溶液による異方性エッチングを行
い、図２（ｂ）に示すようにダイヤフラム１５を形成す
る。その後、所定の位置にフォトレジストによりパター
ニングを行い、図２（ｃ）に示すように、ドライエッチ
ングによりシリコン酸化膜１２、シリコン窒化膜１３を
除去した後、スパッタリングによりアルミ１４を形成
し、フォトレジストマスクによりパターニングした後、
ドライエッチングによりアルミ配線を形成する。
【００１７】その後、図３に示すように、圧力導入孔１
６ａを形成した陽極接合用のガラス基板１６（例えば
（株）岩城硝子製ＳＷ−３ガラス）において、片面を表
面の凹凸が小さくなるように研磨処理を行い、また、そ
の反対面にメタライズ層である金属蒸着膜１７を蒸着形
成したガラス基板１６の研磨面と、上述のようにダイヤ
フラム１５が形成された単結晶シリコン基板１１とを位
置合わせした後、直流電圧６００Ｖ、４００℃、真空雰
囲気において陽極接合により接合する。尚、図３では単
結晶シリコン基板１１表面のアルミなどは図示していな
い。また、ＳＷ−３ガラスの温度に対する線膨張率の関
係を図７に示している。
６ａを形成した陽極接合用のガラス基板１６（例えば
（株）岩城硝子製ＳＷ−３ガラス）において、片面を表
面の凹凸が小さくなるように研磨処理を行い、また、そ
の反対面にメタライズ層である金属蒸着膜１７を蒸着形
成したガラス基板１６の研磨面と、上述のようにダイヤ
フラム１５が形成された単結晶シリコン基板１１とを位
置合わせした後、直流電圧６００Ｖ、４００℃、真空雰
囲気において陽極接合により接合する。尚、図３では単
結晶シリコン基板１１表面のアルミなどは図示していな
い。また、ＳＷ−３ガラスの温度に対する線膨張率の関
係を図７に示している。
【００１８】そして次に、図４（ａ）に示すように、ガ
ラス基板１６を接合した単結晶シリコン基板１１より、
ダイシングレーン１８にて、個々のガラス台座付きチッ
プ１９を切り出す。図４（ｂ）は、ガラス台座付きチッ
プ１９を示す斜視図であり、上から順番にシリコンチッ
プ２０、ガラス台座２１、金属蒸着膜２２を示してい
る。
ラス基板１６を接合した単結晶シリコン基板１１より、
ダイシングレーン１８にて、個々のガラス台座付きチッ
プ１９を切り出す。図４（ｂ）は、ガラス台座付きチッ
プ１９を示す斜視図であり、上から順番にシリコンチッ
プ２０、ガラス台座２１、金属蒸着膜２２を示してい
る。
【００１９】そして、図５（ａ）に示すように、半田２
３（例えば、Ａｕ−Ｓｎ系）を用いて３６０℃にて、ガ
ラス台座付きチップ１９と表面に金を蒸着形成したパッ
ケージである支持台２４とを、窒素雰囲気中で半田ろう
結合する。その後、図５（ｂ）に示すように、ガラス台
座付きチップ１９の図示せぬパッドと支持台２４とをワ
イヤボンディングにて結線した後、表面に樹脂を塗布し
キャップ２５で覆い、半導体圧力センサ２６を完成す
る。
３（例えば、Ａｕ−Ｓｎ系）を用いて３６０℃にて、ガ
ラス台座付きチップ１９と表面に金を蒸着形成したパッ
ケージである支持台２４とを、窒素雰囲気中で半田ろう
結合する。その後、図５（ｂ）に示すように、ガラス台
座付きチップ１９の図示せぬパッドと支持台２４とをワ
イヤボンディングにて結線した後、表面に樹脂を塗布し
キャップ２５で覆い、半導体圧力センサ２６を完成す
る。
【００２０】このとき、上述のように製造される半導体
圧力センサ２６を構成する各部材の熱膨張係数を、−４
０℃から２００℃の使用温度域において、シリコンチッ
プ２０の熱膨張係数がガラス台座２１の熱膨張係数以下
であり、かつメタライズ層である金属蒸着膜２２の熱膨
張係数がガラス台座２１の熱膨張係数より大きく、かつ
半田２３の熱膨張係数が金属蒸着膜２２の熱膨張係数よ
り大きく、かつパッケージである支持台２４の熱膨張係
数が半田２３の熱膨張係数よりも小さくすることが望ま
しい。
圧力センサ２６を構成する各部材の熱膨張係数を、−４
０℃から２００℃の使用温度域において、シリコンチッ
プ２０の熱膨張係数がガラス台座２１の熱膨張係数以下
であり、かつメタライズ層である金属蒸着膜２２の熱膨
張係数がガラス台座２１の熱膨張係数より大きく、かつ
半田２３の熱膨張係数が金属蒸着膜２２の熱膨張係数よ
り大きく、かつパッケージである支持台２４の熱膨張係
数が半田２３の熱膨張係数よりも小さくすることが望ま
しい。
【００２１】このようにすることで、半田部で発生した
熱応力がメタライズ層である金属蒸着膜２２、ガラス台
座２１、シリコンチップ２０と伝達する際に徐々に緩和
されながら伝達され、また最も熱容量が大きいと考えら
れるパッケージである支持台２４の熱応力がシリコンチ
ップ２０に与える影響が小さくなることから、広い温度
領域において、温度特性に優れた半導体圧力センサを提
供することができる。
熱応力がメタライズ層である金属蒸着膜２２、ガラス台
座２１、シリコンチップ２０と伝達する際に徐々に緩和
されながら伝達され、また最も熱容量が大きいと考えら
れるパッケージである支持台２４の熱応力がシリコンチ
ップ２０に与える影響が小さくなることから、広い温度
領域において、温度特性に優れた半導体圧力センサを提
供することができる。
【００２２】本実施形態では、ガラス台座２１として
（株）岩城硝子製ＳＷ−３ガラスを用い、金属蒸着膜２
２はＣｒ−Ｐｔ−Ａｕを用いている。また、半田２３は
Ａｕ−２０％Ｓｎを用い、支持台２４はコバール製であ
る。
（株）岩城硝子製ＳＷ−３ガラスを用い、金属蒸着膜２
２はＣｒ−Ｐｔ−Ａｕを用いている。また、半田２３は
Ａｕ−２０％Ｓｎを用い、支持台２４はコバール製であ
る。
【００２３】ここで、室温２０℃でのシリコンチップ２
０の熱膨張係数αＳｉは約２．８ｐｐｍ／℃、室温２０
℃でのガラス台座２１の熱膨張係数αＧは約２．９３ｐ
ｐｍ／℃、室温２０℃でのメタライズ層である金属蒸着
膜２２の熱膨張係数αＭは約１０．８８ｐｐｍ／℃、室
温２０℃での半田２３の熱膨張係数αＳは１５．９ｐｐ
ｍ／℃、室温２０℃でのパッケージである支持台２４の
熱膨張係数αＰは約４．５ｐｐｍ／℃である。
０の熱膨張係数αＳｉは約２．８ｐｐｍ／℃、室温２０
℃でのガラス台座２１の熱膨張係数αＧは約２．９３ｐ
ｐｍ／℃、室温２０℃でのメタライズ層である金属蒸着
膜２２の熱膨張係数αＭは約１０．８８ｐｐｍ／℃、室
温２０℃での半田２３の熱膨張係数αＳは１５．９ｐｐ
ｍ／℃、室温２０℃でのパッケージである支持台２４の
熱膨張係数αＰは約４．５ｐｐｍ／℃である。
【００２４】そして、各部材の熱膨張係数の比率は、以
下のようになる。 熱膨張係数αＧ／熱膨張係数αＳｉ≒１．０４ 熱膨張係数αＧ／熱膨張係数αＭ≒０．２７ 熱膨張係数αＭ／熱膨張係数αＳ≒０．６８ 熱膨張係数αＳ／熱膨張係数αＰ≒３．５ このとき、室温での各熱膨張係数は図６で示すとおりに
なる。尚、金属蒸着膜２２は、下から順番にＣｒ、Ｐ
ｔ、Ａｕで構成され、各熱膨張係数は４．９ｐｐｍ／
℃、８．８ｐｐｍ／℃、１４．１ｐｐｍ／℃であり、各
熱膨張係数値にＣｒ、Ｐｔ、Ａｕの厚みを乗じて平均を
出した値がメタライズ層である金属蒸着膜２２の熱膨張
係数１０．８８ｐｐｍ／℃となる。
下のようになる。 熱膨張係数αＧ／熱膨張係数αＳｉ≒１．０４ 熱膨張係数αＧ／熱膨張係数αＭ≒０．２７ 熱膨張係数αＭ／熱膨張係数αＳ≒０．６８ 熱膨張係数αＳ／熱膨張係数αＰ≒３．５ このとき、室温での各熱膨張係数は図６で示すとおりに
なる。尚、金属蒸着膜２２は、下から順番にＣｒ、Ｐ
ｔ、Ａｕで構成され、各熱膨張係数は４．９ｐｐｍ／
℃、８．８ｐｐｍ／℃、１４．１ｐｐｍ／℃であり、各
熱膨張係数値にＣｒ、Ｐｔ、Ａｕの厚みを乗じて平均を
出した値がメタライズ層である金属蒸着膜２２の熱膨張
係数１０．８８ｐｐｍ／℃となる。
【００２５】
【発明の効果】本発明の請求項１に記載の半導体圧力セ
ンサによれば、ダイヤフラムが形成されたシリコンチッ
プと、前記シリコンチップに接合され、圧力導入孔を備
えたガラス台座と、前記ガラス台座にメタライズ層を介
して半田により接続されたパッケージとを備え、前記ダ
イヤフラムのたわみ量より圧力を検出するた半導体圧力
センサにおいて、−４０℃から２００℃の温度域で、前
記シリコンチップの熱膨張係数が前記ガラス台座の熱膨
張係数以下であり、かつ前記メタライズ層の熱膨張係数
が前記ガラス台座の熱膨張係数より大きく、かつ前記半
田の熱膨張係数が前記メタライズ層の熱膨張係数より大
きく、かつ前記パッケージの熱膨張係数が前記半田の熱
膨張係数よりも小さくされるようにしたので、半田部で
発生した熱応力がメタライズ層、ガラス台座、シリコン
チップと伝達する際に徐々に緩和されながら伝達され、
またパッケージの熱応力がシリコンチップに与える影響
が小さくなることから、シリコンチップ−ガラス台座
間、ガラス台座−メタライズ層間、メタライズ層−半田
間、半田−パッケージ間で発生する熱応力を効果的に緩
和し、広い温度領域にわたり温度特性に優れた半導体圧
力センサを低コストで実現できる。
ンサによれば、ダイヤフラムが形成されたシリコンチッ
プと、前記シリコンチップに接合され、圧力導入孔を備
えたガラス台座と、前記ガラス台座にメタライズ層を介
して半田により接続されたパッケージとを備え、前記ダ
イヤフラムのたわみ量より圧力を検出するた半導体圧力
センサにおいて、−４０℃から２００℃の温度域で、前
記シリコンチップの熱膨張係数が前記ガラス台座の熱膨
張係数以下であり、かつ前記メタライズ層の熱膨張係数
が前記ガラス台座の熱膨張係数より大きく、かつ前記半
田の熱膨張係数が前記メタライズ層の熱膨張係数より大
きく、かつ前記パッケージの熱膨張係数が前記半田の熱
膨張係数よりも小さくされるようにしたので、半田部で
発生した熱応力がメタライズ層、ガラス台座、シリコン
チップと伝達する際に徐々に緩和されながら伝達され、
またパッケージの熱応力がシリコンチップに与える影響
が小さくなることから、シリコンチップ−ガラス台座
間、ガラス台座−メタライズ層間、メタライズ層−半田
間、半田−パッケージ間で発生する熱応力を効果的に緩
和し、広い温度領域にわたり温度特性に優れた半導体圧
力センサを低コストで実現できる。
【００２６】また、前記シリコンチップの室温での熱膨
張係数をαＳｉ、前記ガラス台座の室温での熱膨張係数
をαＧ、前記メタライズ層の室温での熱膨張係数をα
Ｍ、前記半田の室温での熱膨張係数をαＳ、前記パッケ
ージの室温での熱膨張係数をαＰとするとき、αＧ／α
Ｓｉ≒１．０４、αＧ／αＭ≒０．２７、αＭ／αＳ≒
０．６８、αＳ／αＰ≒３．５の組み合わせとなるよう
にしたので、請求項１と同様の効果が得られる。
張係数をαＳｉ、前記ガラス台座の室温での熱膨張係数
をαＧ、前記メタライズ層の室温での熱膨張係数をα
Ｍ、前記半田の室温での熱膨張係数をαＳ、前記パッケ
ージの室温での熱膨張係数をαＰとするとき、αＧ／α
Ｓｉ≒１．０４、αＧ／αＭ≒０．２７、αＭ／αＳ≒
０．６８、αＳ／αＰ≒３．５の組み合わせとなるよう
にしたので、請求項１と同様の効果が得られる。
【図１】本発明の半導体圧力センサの基本構成を示す構
成図である。
成図である。
【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ本発明の半導体
圧力センサを構成するシリコンチップの製造過程中の状
態を示す断面図である。
圧力センサを構成するシリコンチップの製造過程中の状
態を示す断面図である。
【図３】本発明の半導体圧力センサの製造過程中のシリ
コン基板にガラス基板を接合した状態を示す断面図であ
る。
コン基板にガラス基板を接合した状態を示す断面図であ
る。
【図４】本発明の製造過程中の半導体圧力センサを示す
図であり、（ａ）はガラス基板が接合されたシリコン基
板を示す上面図、（ｂ）は個々のガラス台座付きチップ
の構造を示す斜視図である。
図であり、（ａ）はガラス基板が接合されたシリコン基
板を示す上面図、（ｂ）は個々のガラス台座付きチップ
の構造を示す斜視図である。
【図５】本発明の製造過程中の半導体圧力センサを示す
図であり、（ａ）はガラス台座付きチップの支持台への
接合状態を示す断面図、（ｂ）は完成した半導体圧力セ
ンサの断面図である。
図であり、（ａ）はガラス台座付きチップの支持台への
接合状態を示す断面図、（ｂ）は完成した半導体圧力セ
ンサの断面図である。
【図６】本発明の半導体圧力センサを構成する各部材の
室温での熱膨張係数を示す関係図である。
室温での熱膨張係数を示す関係図である。
【図７】各物体の温度に対する線膨張率の関係を示す関
係図である。
係図である。
【図８】従来の半導体圧力センサの一部の構造を示す断
面図である。
面図である。
【図９】従来の他の半導体圧力センサの一部の構造を示
す断面図である。
す断面図である。
【図１０】従来の更に他の半導体圧力センサの一部の構
造を示す断面図である。
造を示す断面図である。
１ シリコンチップ ２ ガラス台座 ３ メタライズ層 ４ 半田 ５ パッケージ ６ ダイヤフラム ７ 圧力導入孔
───────────────────────────────────────────────────── 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 DD01 DD05 DD07 EE14 FF01 FF23 GG14 4M112 AA01 BA01 CA15 CA16 DA18 EA02 EA13 FA05
Claims (2)
- 【請求項１】 ダイヤフラムが形成されたシリコンチッ
プと、前記シリコンチップに接合され、圧力導入孔を備
えたガラス台座と、前記ガラス台座にメタライズ層を介
して半田により接続されたパッケージとを備え、前記ダ
イヤフラムのたわみ量より圧力を検出するた半導体圧力
センサにおいて、 −４０℃から２００℃の温度域で、前記シリコンチップ
の熱膨張係数が前記ガラス台座の熱膨張係数以下であ
り、かつ前記メタライズ層の熱膨張係数が前記ガラス台
座の熱膨張係数より大きく、かつ前記半田の熱膨張係数
が前記メタライズ層の熱膨張係数より大きく、かつ前記
パッケージの熱膨張係数が前記半田の熱膨張係数よりも
小さくされることを特徴とする半導体圧力センサ。 - 【請求項２】 前記シリコンチップの室温での熱膨張係
数をαＳｉ、前記ガラス台座の室温での熱膨張係数をα
Ｇ、前記メタライズ層の室温での熱膨張係数をαＭ、前
記半田の室温での熱膨張係数をαＳ、前記パッケージの
室温での熱膨張係数をαＰとするとき、 αＧ／αＳｉ≒１．０４ αＧ／αＭ≒０．２７ αＭ／αＳ≒０．６８ αＳ／αＰ≒３．５ の組み合わせとする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 |
|---|---|---|---|
| JP35614798A JP3617346B2 (ja) | 1998-12-15 | 1998-12-15 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35614798A JP3617346B2 (ja) | 1998-12-15 | 1998-12-15 | 半導体圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000180282A true JP2000180282A (ja) | 2000-06-30 |
| JP3617346B2 JP3617346B2 (ja) | 2005-02-02 |
Family
ID=18447577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35614798A Expired - Fee Related JP3617346B2 (ja) | 1998-12-15 | 1998-12-15 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3617346B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10314875A1 (de) * | 2003-04-01 | 2004-11-11 | Eads Deutschland Gmbh | Temperaturbeständiges elektronisches Bauteil in Form eines Sensors oder Aktors und Verfahren zu seiner Herstellung |
| DE10348336A1 (de) * | 2003-10-17 | 2005-05-25 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Mechatronisches System sowie dessen Verwendung |
| US7930944B2 (en) | 2008-05-14 | 2011-04-26 | Honeywell International Inc. | ASIC compensated pressure sensor with soldered sense die attach |
| US8371176B2 (en) | 2011-01-06 | 2013-02-12 | Honeywell International Inc. | Media isolated pressure sensor |
| US8516897B1 (en) | 2012-02-21 | 2013-08-27 | Honeywell International Inc. | Pressure sensor |
-
1998
- 1998-12-15 JP JP35614798A patent/JP3617346B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10314875A1 (de) * | 2003-04-01 | 2004-11-11 | Eads Deutschland Gmbh | Temperaturbeständiges elektronisches Bauteil in Form eines Sensors oder Aktors und Verfahren zu seiner Herstellung |
| DE10314875B4 (de) * | 2003-04-01 | 2009-12-03 | Eads Deutschland Gmbh | Temperaturbeständiges elektronisches Bauteil in Form eines Sensors oder Aktors und Verfahren zu seiner Herstellung |
| DE10348336A1 (de) * | 2003-10-17 | 2005-05-25 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Mechatronisches System sowie dessen Verwendung |
| US7930944B2 (en) | 2008-05-14 | 2011-04-26 | Honeywell International Inc. | ASIC compensated pressure sensor with soldered sense die attach |
| US8371176B2 (en) | 2011-01-06 | 2013-02-12 | Honeywell International Inc. | Media isolated pressure sensor |
| US8516897B1 (en) | 2012-02-21 | 2013-08-27 | Honeywell International Inc. | Pressure sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3617346B2 (ja) | 2005-02-02 |
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