JP2000241272A - 半導体圧力センサ - Google Patents

半導体圧力センサ

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JP2000241272A
JP2000241272A JP4253399A JP4253399A JP2000241272A JP 2000241272 A JP2000241272 A JP 2000241272A JP 4253399 A JP4253399 A JP 4253399A JP 4253399 A JP4253399 A JP 4253399A JP 2000241272 A JP2000241272 A JP 2000241272A
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JP
Japan
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pedestal
pressure
package
pressure introducing
semiconductor
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Pending
Application number
JP4253399A
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English (en)
Inventor
Yasutaka Arii
康孝 有井
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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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をパッケー
ジ3に固定してなる半導体圧力センサにおいて、パッケ
ージ3のダイ31から圧力導入管34を突出形成し、圧
力導入管34を台座2の圧力導入孔21に挿入し、圧力
導入管34の外面と台座2の圧力導入孔21の内面との
間に熱硬化物9を介在させるようにし、熱硬化物9に熱
を加えて硬化させることにより、台座2とパッケージ3
を固定するようにした。

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
を結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。
【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、該台座をパッケージに固定してなる半導体圧力
センサにおいて、前記パッケージのダイから圧力導入管
を突出形成し、該圧力導入管を前記台座の圧力導入孔に
挿入し、前記圧力導入管の外面と前記台座の圧力導入孔
の内面との間に熱硬化物を介在させるようにし、該熱硬
化物に熱を加えて硬化させることにより、台座とパッケ
ージを固定するようにし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、前記圧力導入管の外面と前記台座の圧力導
入孔の内面とに、互いに螺合する螺合構造を形成し、該
螺合構造により前記圧力導入管と台座の圧力導入孔とを
連結した状態で、前記熱硬化物に熱を加えて硬化させる
ことにより、台座とパッケージを固定するようにしたこ
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、前記前記圧力導入管の外面に突起部を形成
し、前記台座の圧力導入孔の内面には、前記突起物を台
座の半導体基板と接合されていない面側から所定位置に
かけて前記突起部を案内する溝を形成し、前記突起物を
前記溝に挿入し、所定位置まで案内した状態で、前記熱
硬化物に熱を加えて硬化させることにより、台座とパッ
ケージを固定するようにし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。
【0013】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
態は、図6に示した半導体圧力センサのパッケージ3の
ダイ31の台座2との接合面側に圧力導入管34を突出
形成し、圧力導入管34を台座2の圧力導入孔21に挿
入し、圧力導入管34の外面と台座2の圧力導入孔21
の内面との間に、例えば、水ガラス等の熱硬化物9を注
入して介在させるようにし、熱硬化物9に熱を加えて硬
化させることにより、台座2とパッケージ3とを固定す
るようにしている。圧力導入管34の径は台座2の圧力
導入孔21の径より小さくしておき、高さは台座2の厚
みと同等か少し低くする。
【0014】なお、熱硬化物9としては、水ガラスの替
りに、接着剤等を用いても良い。また、パッケージ3の
ダイ31と台座2との間には、Oリング10が設けられ
ており、ダイアフラム11内部の気密性を保持する役割
を果たしている。
【0015】本実施形態によれば、台座2とパッケージ
3との固定を、台座2とパッケージ3のダイ31の間の
半田接合により行うのではなく、パッケージ3に形成し
た圧力導入管34の外面と台座2の圧力導入孔21の内
面との間で、熱硬化物9を用いて固定するようにしてい
るので、半田の熱収縮による応力が発生せず、台座2の
クラック発生を防止することができる。
【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り、図3は要
部の拡大図である。本実施形態は、第1の実施形態にお
いて、圧力導入管34の外面と台座2の圧力導入孔21
の内面の各々に、互いに螺合するネジ山34a、21a
を形成したものである。本実施形態において、台座2を
パッケージ3に固定する場合には、まず、圧力導入管3
4の外面に熱硬化物9を塗布し、次に、台座2の圧力導
入孔21を圧力導入管34にねじ込み、その後、熱を加
えて熱硬化物9を硬化させる。
【0017】本実施形態によれば、圧力導入管34の外
面と台座2の圧力導入孔21の内面とが螺合によっても
結合しているので、第1の実施形態のものより、台座2
とパッケージ3との固定がさらに強固になる。
【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り、図5は要
部の拡大図である。本実施形態は、第1の実施形態にお
いて、圧力導入管34の外面に突起物34bが形成され
ている。突起物34bの個数や形成位置は特に限定され
るものではない。また、突起物34bの形状も限定され
るいものではなく、例えば円柱状に形成される。一方、
台座2の圧力導入孔21の内面には、突起物34bが通
過できる幅と深さを有する溝21bが、半導体基板1と
接合されない面側の開口部から逆の面側に向かって形成
され、突起物34bが形成されている高さと同じ位置で
直角に折れ曲がるようにしている。つまり、溝21bに
より突起物34bを所定位置まで案内するようになって
いる。本実施形態において、台座2をパッケージ3に固
定する場合には、まず、圧力導入管34の外面に熱硬化
物9を塗布し、次に、圧力導入管34の突起物34bが
台座2の圧力導入孔21の内面に形成した溝21bを通
るように、圧力導入管34を圧力導入孔21に挿入し、
直角に折れ曲がった位置で水平方向にねじる。その後、
熱を加えて熱硬化物9を硬化させる。
【0019】本実施形態によれば、圧力導入管34の外
面と台座2の圧力導入孔21の内面とが突起物34bと
溝21bとの係合によっても結合しているので、第1の
実施形態のものより、台座2とパッケージ3との固定が
さらに強固になる。また、上述の第2の実施形態のもの
と比較して、台座2をパッケージ3に固定する際の固定
作業が容易に行える。
【0020】
【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、該台座をパッケージに固定してなる半導
体圧力センサにおいて、前記パッケージのダイから圧力
導入管を突出形成し、該圧力導入管を前記台座の圧力導
入孔に挿入し、前記圧力導入管の外面と前記台座の圧力
導入孔の内面との間に熱硬化物を介在させるようにし、
該熱硬化物に熱を加えて硬化させることにより、台座と
パッケージを固定するようにしたので、台座とパッケー
ジとの固定を、台座とパッケージのダイの間の半田接合
により行うのではなく、パッケージに形成した圧力導入
管の外面と台座の圧力導入孔の内面との間で、熱硬化物
を用いて固定するようにしており、半田の熱収縮による
応力が発生せず、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。
【0021】請求項2記載の発明によれば、請求項1記
載の発明において、前記圧力導入管の外面と前記台座の
圧力導入孔の内面とに、互いに螺合する螺合構造を形成
し、該螺合構造により前記圧力導入管と台座の圧力導入
孔とを連結した状態で、前記熱硬化物に熱を加えて硬化
させることにより、台座とパッケージを固定するように
したので、圧力導入管の外面と台座の圧力導入孔の内面
とが螺合によっても結合しており、台座とパッケージと
の固定がさらに強固になる。
【0022】請求項3記載の発明によれば、請求項1記
載の発明において、前記前記圧力導入管の外面に突起部
を形成し、前記台座の圧力導入孔の内面には、前記突起
物を台座の半導体基板と接合されていない面側から所定
位置にかけて前記突起部を案内する溝を形成し、前記突
起物を前記溝に挿入し、所定位置まで案内した状態で、
前記熱硬化物に熱を加えて硬化させることにより、台座
とパッケージを固定するようにしたので、圧力導入管の
外面と台座の圧力導入孔の内面とが突起物と溝との係合
によっても結合しており、台座とパッケージとの固定が
さらに強固になるとともに、台座をパッケージに固定す
る際の固定作業が容易に行える。
【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】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。
【図3】同上の要部の拡大図である。
【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。
【図5】同上の要部の拡大図である。
【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。
【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 熱硬化物 10 Oリング 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 34 圧力導入管 21a ネジ山 21b 溝 34a ネジ山 34b 突起物

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、該台座をパッケージに固定して
    なる半導体圧力センサにおいて、前記パッケージのダイ
    から圧力導入管を突出形成し、該圧力導入管を前記台座
    の圧力導入孔に挿入し、前記圧力導入管の外面と前記台
    座の圧力導入孔の内面との間に熱硬化物を介在させるよ
    うにし、該熱硬化物に熱を加えて硬化させることによ
    り、台座とパッケージを固定するようにしたことを特徴
    とする半導体圧力センサ。
  2. 【請求項2】 前記圧力導入管の外面と前記台座の圧力
    導入孔の内面とに、互いに螺合する螺合構造を形成し、
    該螺合構造により前記圧力導入管と台座の圧力導入孔と
    を連結した状態で、前記熱硬化物に熱を加えて硬化させ
    ることにより、台座とパッケージを固定するようにした
    ことを特徴とする請求項1記載の半導体圧力センサ。
  3. 【請求項3】 前記前記圧力導入管の外面に突起部を形
    成し、前記台座の圧力導入孔の内面には、前記突起物を
    台座の半導体基板と接合されていない面側から所定位置
    にかけて前記突起部を案内する溝を形成し、前記突起物
    を前記溝に挿入し、所定位置まで案内した状態で、前記
    熱硬化物に熱を加えて硬化させることにより、台座とパ
    ッケージを固定す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。
JP4253399A 1999-02-22 1999-02-22 半導体圧力センサ Pending JP2000241272A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005227282A (ja) * 2004-02-09 2005-08-25 Robert Bosch Gmbh 圧力を表す値を検出するためのマイクロメカニックセンサの製作法及び圧力を表す値を検出するためのマイクロメカニックセンサ

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JP2005227282A (ja) * 2004-02-09 2005-08-25 Robert Bosch Gmbh 圧力を表す値を検出するためのマイクロメカニックセンサの製作法及び圧力を表す値を検出するためのマイクロメカニックセンサ

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