JP2000214026A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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- JP2000214026A JP2000214026A JP1640299A JP1640299A JP2000214026A JP 2000214026 A JP2000214026 A JP 2000214026A JP 1640299 A JP1640299 A JP 1640299A JP 1640299 A JP1640299 A JP 1640299A JP 2000214026 A JP2000214026 A JP 2000214026A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半田接合部分の半田の熱収縮があっても正確
な圧力測定のできる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２
１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に金属薄膜４を形成し、金属
薄膜４の形成された面とパッケージ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、前記半田接
合個所に部分的に半田の接合されないボイド９を設け
た。
な圧力測定のできる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２
１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に金属薄膜４を形成し、金属
薄膜４の形成された面とパッケージ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、前記半田接
合個所に部分的に半田の接合されないボイド９を設け
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６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３３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３３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が盛り
上がり、シリコンチップ１と接合された台座２を下から
突き上げるような力を及ぼし、その力の一部がシリコン
チップ１に作用し、ダイアフラム１１に形成されたピエ
ゾ抵抗１２自体を歪ませてしまう。従って、検出対象と
する圧力媒体以外からの応力を受けた状態で半導体圧力
センサを使用することになり、正確な圧力の検出ができ
ないことになる。また、半導体圧力センサの使用温度が
広くなれば、半田６からの応力が温度によって異なり、
半導体圧力センサの温度特性に歪み（直線性の低下）を
生じさせてしまうという問題があった。
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が盛り
上がり、シリコンチップ１と接合された台座２を下から
突き上げるような力を及ぼし、その力の一部がシリコン
チップ１に作用し、ダイアフラム１１に形成されたピエ
ゾ抵抗１２自体を歪ませてしまう。従って、検出対象と
する圧力媒体以外からの応力を受けた状態で半導体圧力
センサを使用することになり、正確な圧力の検出ができ
ないことになる。また、半導体圧力センサの使用温度が
広くなれば、半田６からの応力が温度によって異なり、
半導体圧力センサの温度特性に歪み（直線性の低下）を
生じさせ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、半田接合部分の半田の
熱収縮があっても正確な圧力測定のできる半導体圧力セ
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、半田接合部分の半田の
熱収縮があっても正確な圧力測定のできる半導体圧力セ
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、
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
面に金属薄膜を形成し、該金属薄膜の形成された面とパ
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、前記半田接合個所に部分的に半田の接合され
ないボイドを設けたことを特徴とするものである。
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
面に金属薄膜を形成し、該金属薄膜の形成された面とパ
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、前記半田接合個所に部分的に半田の接合され
ないボイドを設け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、前記台座の金属薄膜の形成された面に、部
分的に半田と接合しない材料により薄膜を形成すること
によりボイドを設けるようにしたことを特徴とするもの
である。
明において、前記台座の金属薄膜の形成された面に、部
分的に半田と接合しない材料により薄膜を形成すること
によりボイドを設け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記載の発
明において、前記台座の金属薄膜の形成された面側に、
部分的に凹部を設け、該凹部の側面と底面の内、少なく
ともいずれかの面に前記金属薄膜が形成されないように
することにより、ボイドを設けるようにしたことを特徴
とするものである。
明において、前記台座の金属薄膜の形成された面側に、
部分的に凹部を設け、該凹部の側面と底面の内、少なく
ともいずれかの面に前記金属薄膜が形成されないように
することにより、ボイドを設けるようにしたことを特徴
とするものである。
【００１２】請求項４記載の発明は、請求項３記載の発
明において、前記凹部の形状を逆テーパ状としたことを
特徴とするものである。
明において、前記凹部の形状を逆テーパ状としたことを
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６に示した従来の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。
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６に示した従来の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。
【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、図６に示した半導体圧力センサにおいて、台座
２の金属薄膜層４を形成した面の圧力導入孔２１の開口
部と外側エッジとの中間部分に、半田６と接合しない材
料からなる薄膜９を形成している。薄膜９としては、例
えば、半田６としてＡｕ−Ｓｎ半田を使用する場合に
は、Ａｌ等の薄膜とするのが良い。なお、半田６として
Ａｕ−Ｓｎ半田を使用する場合には、金属薄膜層４とし
てはＡｕが用いられ、メッキ層５としてはＡｕメッキが
用いられる。
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、図６に示した半導体圧力センサにおいて、台座
２の金属薄膜層４を形成した面の圧力導入孔２１の開口
部と外側エッジとの中間部分に、半田６と接合しない材
料からなる薄膜９を形成している。薄膜９としては、例
えば、半田６としてＡｕ−Ｓｎ半田を使用する場合に
は、Ａｌ等の薄膜とするのが良い。なお、半田６として
Ａｕ−Ｓｎ半田を使用する場合には、金属薄膜層４とし
てはＡｕが用いられ、メッキ層５としてはＡｕメッキが
用いられる。
【００１５】本実施形態によれば、薄膜９の部分では、
台座２と半田６とが接着せず、台座２と半田６との接合
面に部分的にボイドが形成されたことになる。従って、
半田６が熱収縮した場合に、収縮した半田６がボイドの
部分を埋めることになり、台座２を持ち上げるような作
用が防止され、ピエゾ抵抗１２に及ぼす影響が緩和され
る。この状態で圧力導入管３２を介して伝わる圧力変化
を検出できるので、媒体以外の要因を含まない正確な圧
力の検出が可能となる。また、広範囲の温度で使用する
ことのできるようになるのである。
台座２と半田６とが接着せず、台座２と半田６との接合
面に部分的にボイドが形成されたことになる。従って、
半田６が熱収縮した場合に、収縮した半田６がボイドの
部分を埋めることになり、台座２を持ち上げるような作
用が防止され、ピエゾ抵抗１２に及ぼす影響が緩和され
る。この状態で圧力導入管３２を介して伝わる圧力変化
を検出できるので、媒体以外の要因を含まない正確な圧
力の検出が可能となる。また、広範囲の温度で使用する
ことのできるようになるのである。
【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、図６に示した半導体圧力センサにおいて、台座
２の金属薄膜層４を形成する面の圧力導入孔２１の開口
部と外側エッジとの中間部分に、凹部となる溝２２を形
成する。図３に示すように、金属薄膜層４は、溝２２の
底面２２ｂには形成されるが、側面２２ａには形成され
ないようにしておく。
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、図６に示した半導体圧力センサにおいて、台座
２の金属薄膜層４を形成する面の圧力導入孔２１の開口
部と外側エッジとの中間部分に、凹部となる溝２２を形
成する。図３に示すように、金属薄膜層４は、溝２２の
底面２２ｂには形成されるが、側面２２ａには形成され
ないようにしておく。
【００１７】本実施形態によれば、溝２２の側面２２ａ
には金属薄膜層４が形成されていないので、この部分で
は台座２と半田６とが接着せず、台座２と半田６との接
合面に部分的にボイドが形成されたことになる。従っ
て、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
には金属薄膜層４が形成されていないので、この部分で
は台座２と半田６とが接着せず、台座２と半田６との接
合面に部分的にボイドが形成されたことになる。従っ
て、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【００１８】図４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、図６に示した半導体圧力センサにおいて、台座
２の金属薄膜層４を形成する面の圧力導入孔２１の開口
部と外側エッジとの中間部分に、凹部となる逆テーパ状
の溝２３を形成する。図５に示すように、金属薄膜層４
は、溝２３の底面２３ｂには形成されるが、側面２３ａ
には形成されないようにしておく。逆テーパ状の溝２３
の形成方法としては、例えば、台座２の溝２３を形成し
たい個所に、予め凹凸構造を形成しておき、その後、ボ
ロン等の不純物を注入して、フッ酸等でエッチングする
ことにより形成することができる。
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、図６に示した半導体圧力センサにおいて、台座
２の金属薄膜層４を形成する面の圧力導入孔２１の開口
部と外側エッジとの中間部分に、凹部となる逆テーパ状
の溝２３を形成する。図５に示すように、金属薄膜層４
は、溝２３の底面２３ｂには形成されるが、側面２３ａ
には形成されないようにしておく。逆テーパ状の溝２３
の形成方法としては、例えば、台座２の溝２３を形成し
たい個所に、予め凹凸構造を形成しておき、その後、ボ
ロン等の不純物を注入して、フッ酸等でエッチングする
ことにより形成することができる。
【００１９】本実施形態によれば、溝２３の側面２３ａ
には金属薄膜層４が形成されていないので、この部分で
は台座２と半田６とが接着せず、台座２と半田６との接
合面に部分的にボイドが形成されたことになる。従っ
て、第１、第２の実施形態と同様の効果を奏する。
には金属薄膜層４が形成されていないので、この部分で
は台座２と半田６とが接着せず、台座２と半田６との接
合面に部分的にボイドが形成されたことになる。従っ
て、第１、第２の実施形態と同様の効果を奏する。
【００２０】なお、上記第２及び第３の実施形態では、
溝２２、２３の側面２２ａ、２３ａに金属薄膜層４が形
成されないようにしているが、底面２２ａ、２２ｂに金
属薄膜層４が形成されないようにしても良いし、両面と
もに金属薄膜層４が形成されないようにしても良い。
溝２２、２３の側面２２ａ、２３ａに金属薄膜層４が形
成されないようにしているが、底面２２ａ、２２ｂに金
属薄膜層４が形成されないようにしても良いし、両面と
もに金属薄膜層４が形成されないようにしても良い。
【００２１】
【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に金属薄膜を形成し、該金属薄膜
の形成された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、前記半田接合個所に部分
的に半田の接合されないボイドを設けたので、温度変化
により、前記半田接合における半田が熱収縮した場合で
も前記ボイドで吸収されることになり、半田接合部分の
半田の熱収縮があっても正確な圧力測定のできる半導体
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に金属薄膜を形成し、該金属薄膜
の形成された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、前記半田接合個所に部分
的に半田の接合されないボイドを設けたので、温度変化
により、前記半田接合における半田が熱収縮した場合で
も前記ボイドで吸収されることになり、半田接合部分の
半田の熱収縮があっても正確な圧力測定のできる半導体
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】同上に係る部分的拡大図である。
【図４】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５】同上に係る部分的拡大図である。
【図６】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 ２ａ 第１の支持基板 ２ｂ 第２の支持基板 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 ９ 薄膜 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 溝 ２２ａ 側面 ２２ｂ 底面 ２３ 溝 ２３ａ 側面 ２３ｂ 底面 ３１ ダイ ３２ 圧力導入管 ３３ 圧力変化
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
合面と反対側の面に金属薄膜を形成し、該金属薄膜の形
成された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、前記半田接合個所に部分的に
半田の接合されないボイドを設けたことを特徴とする半
導体圧力センサ。 - 【請求項２】 前記台座の金属薄膜の形成された面に、
部分的に半田と接合しない材料により薄膜を形成するこ
とによりボイドを設け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】 前記台座の金属薄膜の形成された面側
に、部分的に凹部を設け、該凹部の側面と底面の内、少
なくともいずれかの面に前記金属薄膜が形成されないよ
うにすることにより、ボイドを設け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４】 前記凹部の形状を逆テーパ状としたこと
を特徴とする請求項３記載の半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1640299A JP2000214026A (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1640299A JP2000214026A (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 半導体圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000214026A true JP2000214026A (ja) | 2000-08-04 |
Family
ID=11915262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1640299A Pending JP2000214026A (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000214026A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013167468A (ja) * | 2012-02-14 | 2013-08-29 | Alps Electric Co Ltd | 圧力センサとその製造方法 |
-
1999
- 1999-01-26 JP JP1640299A patent/JP2000214026A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013167468A (ja) * | 2012-02-14 | 2013-08-29 | Alps Electric Co Ltd | 圧力センサとその製造方法 |
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