JP2000221090A - 半導体圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半田の熱収縮による台座の割れを防止し、信
頼性の高い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、台
座２の金属薄膜４の形成面とパッケージ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２
のパッケージ３のダイ３１との接合面側に金属９を埋め
込んだ。

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からの
応力がシリコン基板からなるシリコンチップ１に接合さ
れた台座２を圧縮するように作用し、台座２にクラック
等の割れが生じる原因になっている。実使用時に環境ス
トレス（例えば、高温から低温への温度変化、あるいは
低温から高温への温度変化）が繰り返し加わった場合に
は、クラックが成長して、やがて所定の圧力に耐えられ
なくなり、破壊に至るといった問題があった。

【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、半田の熱収縮による台
座の割れを防止し、信頼性の高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、
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、前記台座の金属薄膜の形成面と
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、前記台座のパッケージのダイとの接合面側
に金属を埋め込んだ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、前記金属を、前記台座の圧力導入孔の近傍
にのみ埋め込んだ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、前記金属として、半田の濡れ
性の良いものを用い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。本発明の半導体圧力センサ
は、図２に示した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。

【００１３】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
は、図２に示した半導体圧力センサの台座２のパッケー
ジ３のダイ３１との接合面側で、圧力導入孔２１の近傍
に強度の高い金属９を埋め込んだものである。

【００１４】本実施形態によれば、半田６と台座２との
物理的な特性が異なることが原因で発生する応力による
クラックが発生しやすい台座２の圧力導入孔２１の近傍
に、台座２より強度の高い金属９が埋め込まれているの
で、半田６の熱収縮による応力に耐えることができ、台
座２のクラック発生を防止することができる。

【００１５】本実施形態では、圧力導入孔２１の近傍に
のみ金属９を埋め込んでいるが、台座２のパッケージ３
のダイ３１との接合面側全体に亘って金属９を埋め込ん
でも良いことは言うまでもない。

【００１６】なお、金属９として、例えば、ＣｒやＣｕ
等の半田の濡れ性の良い金属を用いれば、半田６との密
着性が増し、台座２とパッケージ３との半田接合をより
確実に行うことができる。

【００１７】

【発明の効果】以上のように、請求項１、請求項２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、前記台座の金
属薄膜の形成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、前記台座のパッケージの
ダイとの接合面側に金属を埋め込んだので、半田の熱収
縮による応力に耐えることができ、台座のクラック発生
を防止し、半田の熱収縮による台座の割れを防止し、信
頼性の高い半導体圧力センサが提供できた。

【００１８】請求項３記載の発明によれば、請求項１又
は請求項２記載の発明において、前記金属として、半田
の濡れ性の良いものを用いれば、前記金属と半田との密
着性が増し、台座とパッケージとの半田接合をより確実
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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。

【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 金属 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 ３１ ダイ ３２ 圧力導入管 ３３ 圧力変化

Claims (3)

【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、前記台座の金属
   薄膜の形成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、前記台座のパッケージのダ
   イとの接合面側に金属を埋め込んだことを特徴とする半
   導体圧力センサ。
2. 【請求項２】 前記金属を、前記台座の圧力導入孔の近
   傍にのみ埋め込んだ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】 前記金属として、半田の濡れ性の良いも
   のを用いたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記
   載の半導体圧力センサ。