JP2000214032A - 半導体圧力センサ - Google Patents

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
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、台座２０
の厚みを、圧力導入孔２１側を薄くし、外周側を厚くす
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、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。

【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。

【０００３】この半導体圧力センサは、図２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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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、前記台座の厚みを、圧力導入孔側を薄くし、
外周側を厚くするようにしたことを特徴とするものであ
る。

【００１０】

【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２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。

【００１１】図１は本発明の一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２に示した半導体圧力センサにおいて、台座２の
厚みを、圧力導入孔２１側が薄くなり、外周側が厚くな
るように傾斜を持たせた台座２０としている。台座２０
とパッケージ３のダイ３１とを半田接合すると、半田６
は、圧力導入孔２１側が厚くなり、反対側は薄くなる。
従って、台座２０とパッケージ３の接合部の半田６は、
外側の量が少なくなる。

【００１２】ここで、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。

【００１３】本実施形態によれば、台座２０とパッケー
ジ３の接合部において、外側の半田６の量を少なくして
いるので、応力発生の原因となる外側から内側へと収縮
する半田６の量が少なくなることになり、半田６から台
座２０への応力の発生を減少でき、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。

【００１４】なお、本実施形態では、台座２０は直線上
に傾斜を持たせているが、これに限定されるものではな
く、例えば、階段状の傾斜でも構わない。外周側が厚く
なるようになっていれば良い。

【００１５】

【発明の効果】以上のように、請求項１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、前記台座の厚みを、圧力導入孔側を薄
くし、外周側を厚くするようにしたので、接合部の半田
の内、外側の半田の量を少なくなり、つまり、応力発生
の原因となる外側から内側へと収縮する半田の量が少な
くなり、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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】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。

【符号の説明】

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 ９ 薄膜 １１ ダイアフラム １２ ピエゾ抵抗 １３ 電極パッド ２０ 台座 ３１ ダイ ３２ 圧力導入管 ３３ 圧力変化

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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、前記台座の厚みを、圧力導入
   孔側を薄くし、外周側を厚くするようにしたことを特徴
   とする半導体圧力センサ。