JP2001141587A - Semiconductor pressure sensor - Google Patents
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- H01L2924/10253—Silicon [Si]
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、流体圧力を半導体
圧力センサ素子により検出して電気信号として出力する
半導体圧力センサに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor pressure sensor which detects a fluid pressure by a semiconductor pressure sensor element and outputs the detected pressure as an electric signal.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図４は、出願人の先願に係る特願平１１
−９５７号で提案した半導体圧力センサ１００の縦断面
図を示したものである。この半導体圧力センサ１００
は、シリコン半導体基板を用いて形成されて測定すべき
流体の圧力を検出する半導体圧力センサ素子１０１と、
この半導体圧力センサ素子１０１を収納するセラミック
製のセンサケース１０３と、半導体圧力センサ素子１０
１に測定すべき流体を導く金属製の筒体１０５とを備え
ている。2. Description of the Related Art FIG.
FIG. 1 shows a vertical sectional view of a semiconductor pressure sensor 100 proposed in US Pat. This semiconductor pressure sensor 100
A semiconductor pressure sensor element 101 formed using a silicon semiconductor substrate and detecting the pressure of a fluid to be measured;
A sensor case 103 made of ceramic for accommodating the semiconductor pressure sensor element 101;
1 and a metal cylinder 105 for guiding the fluid to be measured.
【０００３】半導体圧力センサ素子１０１は、抵抗ブリ
ッジ回路（図示せず）が形成されたダイアフラム部１０
７と、このダイアフラム部１０７の外周部を支持し且つ
抵抗ブリッジ回路に接続された複数の接続用電極（図示
せず）が形成されたダイアフラム支持部１０９ａ，１０
９ｂとが一体に形成された構造になっている。A semiconductor pressure sensor element 101 has a diaphragm section 10 on which a resistance bridge circuit (not shown) is formed.
7 and diaphragm supporting portions 109a, 10 supporting the outer peripheral portion of the diaphragm portion 107 and having a plurality of connection electrodes (not shown) connected to a resistance bridge circuit.
9b are integrally formed.
【０００４】セラミック製のセンサケース１０３は、半
導体圧力センサ素子１０１のダイアフラム部１０７に圧
力測定の対象となる流体を導くための流体導入孔１１１
を備え且つ上面に半導体圧力センサ素子１０１のダイア
フラム支持部１０９ａ，１０９ｂが流体導入孔１１１の
一方の開口端部を囲むようにして固定される壁部１１３
と、半導体圧力センサ素子１０１の周囲を囲み壁部１１
３に一体化された周壁部１１５とを備えている。この周
壁部１１５と壁部１１３とにより囲まれた空間が素子収
容凹部１１７を構成している。[0004] A ceramic sensor case 103 has a fluid introduction hole 111 for guiding a fluid to be subjected to pressure measurement to a diaphragm 107 of the semiconductor pressure sensor element 101.
And a wall portion 113 on the upper surface of which the diaphragm supporting portions 109a and 109b of the semiconductor pressure sensor element 101 are fixed so as to surround one opening end of the fluid introduction hole 111.
And a wall 11 surrounding the periphery of the semiconductor pressure sensor element 101.
3 and a peripheral wall 115 integrated with the peripheral wall 115. The space surrounded by the peripheral wall 115 and the wall 113 constitutes an element accommodating recess 117.
【０００５】筒体１０５は、センサケース１０３側の端
部に筒体１０５の径方向外側に向かって延びる環状のフ
ランジ部１１９を備えている。筒体１０５のフランジ部
１１９は、壁部１１３の裏面上に流体導入孔１１１の他
方の開口端部を囲むように形成された環状の被半田付け
部１２１に半田付けにより固定されている。以下、詳細
は特願平１１−９５７号に説明されているので省略す
る。[0005] The cylindrical body 105 is provided with an annular flange 119 extending radially outward of the cylindrical body 105 at an end portion on the sensor case 103 side. The flange portion 119 of the cylinder 105 is fixed by soldering to an annular portion to be soldered 121 formed on the back surface of the wall portion 113 so as to surround the other open end of the fluid introduction hole 111. Hereinafter, the details are described in Japanese Patent Application No. 11-957, and thus the description thereof is omitted.
【０００６】この半導体圧力センサ１００では、流体導
入孔１１１に測定すべき流体が供給されて、その流体の
圧力が半導体圧力センサ素子１０１のダイアフラム部１
０７に作用すると、大気圧との差によりダイアフラム部
１０７に物理的な歪みが生じ、この歪みに応じてダイア
フラム部１０７に設けられている抵抗ブリッジ回路の抵
抗値が変化し、この抵抗値の変化を電気的な信号として
出力する。In the semiconductor pressure sensor 100, a fluid to be measured is supplied to the fluid introduction hole 111, and the pressure of the fluid is changed to the diaphragm 1 of the semiconductor pressure sensor element 101.
07, a physical distortion occurs in the diaphragm 107 due to a difference from the atmospheric pressure, and the resistance of the resistance bridge circuit provided in the diaphragm 107 changes according to the distortion, and the resistance changes. Is output as an electrical signal.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】先に提案した構造の半
導体圧力センサでも、要求される精度によっては、必要
十分な性能を発揮している。しかしながらこの半導体圧
力センサ１００では、要求される精度によっては、圧力
測定の対象である流体の温度変化または周囲の温度変化
に伴って出力に現れる出力の変化（温度特性）が問題と
なってくる。Even the semiconductor pressure sensor having the structure proposed above has exhibited necessary and sufficient performance depending on the required accuracy. However, in the semiconductor pressure sensor 100, depending on the required accuracy, a change in the output (temperature characteristic) that appears in the output due to a temperature change of the fluid to be subjected to pressure measurement or a change in the ambient temperature becomes a problem.
【０００８】発明者が研究した結果、温度特性が悪くな
る原因の一つが，金属製の筒体１０５をセンサケース１
０３の壁部１１３の裏面に形成した被半田付け部に半田
付けしていることにあることが分かった。すなわち筒体
のフランジ部とセンサケースの外面に形成されている被
半田付け部との間に形成される半田付け部には、流体の
温度変化により生じる筒体の熱膨張（線膨張係数）とセ
ンサケースを構成しているセラミックの熱膨張（線膨張
係数）との差から応力が発生する。そしてこの応力がセ
ラミック製のセンサケースに及び、更にこのセラミック
製のセンサケースに固定されている半導体センサ素子に
及び、この応力が半導体センサ素子の出力に影響を与え
ることが分かった。センサケース１０３の壁部１１３の
厚みを厚くすれば、このような応力の影響を小さくする
ことができる。しかしながらこのようにすることはセン
サケースの材料費が高くなってセンサの価格を上げるだ
けでなく、センサの高さ寸法を大きくする原因となる。As a result of the research conducted by the inventor, one of the causes of the deterioration of the temperature characteristics is that the metal cylinder 105 is attached to the sensor case 1.
It was found that the soldering was performed on the soldered portion formed on the back surface of the wall portion 113 of No. 03. That is, the thermal expansion (linear expansion coefficient) of the cylinder caused by the temperature change of the fluid is applied to the soldering portion formed between the flange portion of the cylinder and the portion to be soldered formed on the outer surface of the sensor case. Stress is generated due to a difference from the thermal expansion (linear expansion coefficient) of the ceramic constituting the sensor case. It has been found that this stress affects the sensor case made of ceramic and further the semiconductor sensor element fixed to the sensor case made of ceramic, and this stress affects the output of the semiconductor sensor element. If the thickness of the wall 113 of the sensor case 103 is increased, the influence of such stress can be reduced. However, this does not only increase the material cost of the sensor case and increase the price of the sensor, but also increases the height of the sensor.
【０００９】本発明の目的は、温度特性が優れた半導体
圧力センサを提供することにある。An object of the present invention is to provide a semiconductor pressure sensor having excellent temperature characteristics.
【００１０】本発明の他の目的は、金属性の筒体が半田
付け接続されるセンサケースの壁部の厚みを厚くするこ
となく、温度特性を改善することができる半導体圧力セ
ンサを提供することにある。Another object of the present invention is to provide a semiconductor pressure sensor capable of improving temperature characteristics without increasing the thickness of a wall of a sensor case to which a metallic cylindrical body is connected by soldering. It is in.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体圧力セン
サは、抵抗ブリッジ回路が形成されたダイアフラム部及
びダイアフラム部の外周部を支持するダイアフラム支持
部とが一体に成形されてなる半導体圧力センサ素子と、
表面に半導体圧力センサ素子のダイアフラム支持部が接
合され且つ半導体圧力センサ素子のダイアフラム部に圧
力測定の対象となる流体を導くための流体導入孔が形成
された壁部を備えたセラミック製のセンサケースと、セ
ンサケースの壁部の裏面に流体導入孔の開口端部の周囲
を囲むように形成された半田付けが可能な被半田付け部
と、この被半田付け部に半田付けにより接続された金属
製の筒体とを具備する半導体圧力センサを改良の対象と
する。According to the present invention, there is provided a semiconductor pressure sensor element comprising a diaphragm formed with a resistance bridge circuit and a diaphragm support for supporting an outer periphery of the diaphragm. When,
A ceramic sensor case having a wall to which a diaphragm supporting portion of a semiconductor pressure sensor element is joined and a fluid introduction hole for guiding a fluid to be subjected to pressure measurement is formed in the diaphragm portion of the semiconductor pressure sensor element. A solderable portion formed on the back surface of the sensor case wall so as to surround the periphery of the opening end of the fluid introduction hole, and a metal connected by soldering to the solderable portion. A semiconductor pressure sensor having a cylindrical body made of a metal is an object of improvement.
【００１２】本発明では、被半田付け部に半田付けされ
る金属製の筒体の環状の半田付け端部にフランジ部を設
けない。そしてフランジ部の無い半田付け端部の端面を
被半田付け部に半田付け接続する。このようにすると、
フランジ部を設けた場合と比べて、センサケースの壁部
の裏面に形成された被半田付け部と筒体の半田付け端部
とを半田付け接続する半田付け部の面積が小さくなる。
その結果、流体の温度変化または周囲の温度変化により
生じる筒体の熱膨張（線膨張係数）とセンサケースを構
成しているセラミックの熱膨張（線膨張係数）との差か
ら被半田付け部に発生する応力が小さくなる。なお本願
明細書においては、半田とは加熱されると溶融し、自然
に冷却さられると金属どうしを結合する機能を有する接
合材料を言う。According to the present invention, no flange portion is provided at the annular soldering end of the metal cylinder to be soldered to the portion to be soldered. Then, the end surface of the soldering end portion without the flange portion is connected to the portion to be soldered by soldering. This way,
The area of the soldering portion for soldering and connecting the portion to be soldered formed on the back surface of the wall of the sensor case to the soldering end of the cylindrical body is smaller than in the case where the flange portion is provided.
As a result, the difference between the thermal expansion (linear expansion coefficient) of the cylindrical body caused by the temperature change of the fluid or the ambient temperature and the thermal expansion (linear expansion coefficient) of the ceramic constituting the sensor case causes The generated stress is reduced. In the specification of the present application, solder refers to a bonding material having a function of melting when heated and bonding metals together when cooled naturally.
【００１３】筒体にフランジ部を設けずに、筒体を半田
付け接続した場合でも、センサケースの壁部の厚みが薄
くなると、半田付け部に発生する応力の影響が出力に現
れる。そこでセンサケースの壁部の裏面に形成する被半
田付け部が、所定の幅寸法を有する円形形状であるとす
ると、筒体の取付位置と半導体圧量センサ素子の取付位
置とは、次のような関係にするのが好ましい。すなわ
ち、被半田付け部の内接円と外接円との間に仮想した内
接円及び外接円と同心をなす仮想中心円が、ダイアフラ
ム支持部とセンサケースの壁部の接合領域内に流体導入
孔を囲むように仮想した仮想環状中心線よりも外側に位
置するように被半田付け部の位置を定める。ここで仮想
環状中心線とは、ダイアフラム支持部の形状が円環状で
あれば、円形となり、またダイアフラム支持部の形状が
矩形状であれば矩形状になるものであり、ダイアフラム
支持部の形状によって形状が変わるものである。この場
合、筒体としては、半田付け端部が、仮想中心円と同じ
またはそれよりも大きな中心直径を有しているものを用
いる。ここで中心直径とは、筒体の半田付け端部の内周
面と外周面との間の中心に仮想され前記内周面と外周面
と同心をなす仮想円の直径である。そして筒体の半田付
け端部は、仮想中心円とほぼ同心的になるように被半田
付け部に半田付け接続されている。このようにすると被
半田付け部の半田付け部からセンサケースに加わった応
力が、半導体センサ素子に加わり難くすることができ
る。上述した仮想中心円を仮想中心線から離せば離すほ
ど、半導体センサ素子への応力の影響を低減できる。Even when the cylindrical body is connected by soldering without providing the flange portion, the influence of the stress generated in the soldered part appears on the output when the thickness of the wall of the sensor case is reduced. Therefore, assuming that the soldered portion formed on the back surface of the wall of the sensor case has a circular shape having a predetermined width, the mounting position of the cylindrical body and the mounting position of the semiconductor pressure sensor element are as follows. It is preferable to make the relationship as follows. That is, an imaginary inscribed circle and an imaginary center circle concentric with the circumscribed circle between the inscribed circle and the circumscribed circle of the soldered portion are used to introduce fluid into the joint region between the diaphragm support and the sensor case wall. The position of the portion to be soldered is determined so as to be located outside the virtual annular center line imagined to surround the hole. Here, the virtual annular center line is circular if the shape of the diaphragm support is annular, and rectangular if the shape of the diaphragm support is rectangular. Depending on the shape of the diaphragm support, The shape changes. In this case, as the cylindrical body, one whose soldered end has a center diameter equal to or larger than the virtual center circle is used. Here, the center diameter is the diameter of an imaginary circle imagined at the center between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the soldered end of the cylindrical body and concentric with the inner peripheral surface and the outer peripheral surface. The soldering end of the cylindrical body is connected to the portion to be soldered so as to be substantially concentric with the virtual center circle. In this case, the stress applied to the sensor case from the soldered portion of the portion to be soldered can be made less likely to be applied to the semiconductor sensor element. The farther the virtual center circle is from the virtual center line, the more the influence of stress on the semiconductor sensor element can be reduced.
【００１４】特に、被半田付け部が壁部を間に介して接
合領域と部分的に対向させるときに、接合領域と被半田
付け部との間の壁部の厚み寸法を２．５ｍｍ以下とする
場合には、筒体の半田付け端部の肉厚を０．２〜０．８
ｍｍの範囲のものとする。このようにすると、壁部の厚
みを薄くして、しかも半田付け部の面積をあまり大きく
することなく、筒体の固定に必要な半田付け強度を確保
することできる。In particular, when the portion to be soldered is partially opposed to the joining region with the wall interposed therebetween, the thickness of the wall between the joining region and the portion to be soldered is set to 2.5 mm or less. If necessary, the thickness of the soldered end of the cylindrical body should be 0.2 to 0.8.
mm. This makes it possible to secure the soldering strength necessary for fixing the cylindrical body without reducing the thickness of the wall portion and without increasing the area of the soldering portion too much.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施の形態の一例を詳細に説明する。図１（Ａ）は本発明
の半導体圧力センサの実施の形態の一部切り欠き平面
図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
また図２は、後述する筒体３１を半田付け接続する前の
センサケースの裏面を示す図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1A is a partially cutaway plan view of an embodiment of a semiconductor pressure sensor according to the present invention, and FIG. 1B is a sectional view taken along line BB of FIG. 1A.
FIG. 2 is a diagram showing a back surface of the sensor case before a later-described cylindrical body 31 is connected by soldering.
【００１６】本実施の形態の半導体圧力センサ１は、流
体圧力を検出する半導体圧力センサ素子３と、この半導
体圧力センサ素子３を支持するセラミック製のセンサケ
ース５と、後述する筒体３１とを基本的な構成要件とし
て備えている。半導体圧力センサ素子３は、図３に示す
ような拡散抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３及びＲ４からなるブリ
ッジ回路７が形成されたダイアフラム部９と、このダイ
アフラム部９の外周部を支持するダイアフラム支持部１
１ａ，１１ｂとが一体に成形されてた構造を有してい
る。半導体圧力センサ素子３のダイアフラム部９は、矩
形状のシリコンウェハーにエッチングを施して形成され
たシリコンダイアフラムであり、ダイアフラム部９を形
成することによりダイアフラム支持部１１が形成され
る。ダイアフラム部９の表面は、拡散抵抗Ｒ１からＲ４
が形成された後に、保護用の絶縁膜１３で覆われる。The semiconductor pressure sensor 1 of the present embodiment includes a semiconductor pressure sensor element 3 for detecting a fluid pressure, a ceramic sensor case 5 for supporting the semiconductor pressure sensor element 3, and a cylinder 31 described later. Provided as basic configuration requirements. The semiconductor pressure sensor element 3 includes a diaphragm section 9 on which a bridge circuit 7 including diffusion resistors R1, R2, R3, and R4 as shown in FIG. 3 is formed, and a diaphragm support section 1 for supporting an outer peripheral portion of the diaphragm section 9.
1a and 11b are integrally formed. The diaphragm 9 of the semiconductor pressure sensor element 3 is a silicon diaphragm formed by etching a rectangular silicon wafer, and the diaphragm support 9 is formed by forming the diaphragm 9. The surface of the diaphragm portion 9 is provided with diffusion resistances R1 to R4.
Is formed, and is covered with a protective insulating film 13.
【００１７】センサケース５は、表面に半導体圧力セン
サ素子３の環状のダイアフラム支持部１１ａが接合され
る壁部１７と周壁部１９とを備えている。壁部１７に
は、半導体圧力センサ素子３のダイアフラム部９に圧力
測定の対象となる流体を導くための流体導入孔１５が形
成されており、環状のダイアフラム支持部１１は、流体
導入孔１５の一方の開口端部を囲むように壁部１７の表
面に接合されている。また周壁部１９は、半導体圧力セ
ンサ素子３の周囲を囲む形状を有しており、周壁部１９
の開口部は金属製の蓋板２０によって塞がれている。The sensor case 5 has a wall 17 and a peripheral wall 19 on the surface of which the annular diaphragm support 11a of the semiconductor pressure sensor element 3 is joined. A fluid introduction hole 15 for guiding a fluid to be subjected to pressure measurement to the diaphragm 9 of the semiconductor pressure sensor element 3 is formed in the wall portion 17, and the annular diaphragm support portion 11 is provided with a fluid introduction hole 15. It is joined to the surface of the wall 17 so as to surround one opening end. The peripheral wall 19 has a shape surrounding the periphery of the semiconductor pressure sensor element 3.
Is closed by a metal cover plate 20.
【００１８】半導体圧力センサ素子３の環状のダイアフ
ラム支持部１１は、ダイアフラム支持部１１の線膨張係
数と壁部１７の線膨張係数とに大きな差があっても両者
間に剥離が生じないように、硬化しても撓み性のあるゲ
ル状の接着剤を用いて壁部１７上の接合領域２１に固定
されている。また、センサケース５の周壁部１９の輪郭
形状は、４つの角部を有するほぼ矩形形状を呈してい
る。The annular diaphragm support 11 of the semiconductor pressure sensor element 3 is designed so that even if there is a large difference between the coefficient of linear expansion of the diaphragm support 11 and the coefficient of linear expansion of the wall 17, there is no separation between them. It is fixed to the joint area 21 on the wall portion 17 using a gel-like adhesive that has flexibility even when cured. The contour of the peripheral wall 19 of the sensor case 5 has a substantially rectangular shape having four corners.
【００１９】このようなセンサケース５は、壁部１７を
含む第１のケース構成部分２３と、この第１のケース構
成部分２３の上面に下面が接合されて周壁部１９の残部
を構成し且つ内側に第１のケース構成部分２３の上面の
一部を露出させるように形成された第２のケース構成部
分２５とにより構成されている。そして第２のケース構
成部分２５に蓋板２０が接合されている。In such a sensor case 5, the first case component 23 including the wall 17 and the lower surface are joined to the upper surface of the first case component 23 to form the remaining part of the peripheral wall 19. The second case component 25 is formed to expose a part of the upper surface of the first case component 23 inside. The cover plate 20 is joined to the second case component 25.
【００２０】図３に示すように、壁部１７を構成してい
る第１のケース構成部分２３の裏面には、流体導入孔１
５の他方の開口端部の周囲を囲むように所定の幅寸法を
有する円形形状の被半田付け部２９と、複数の電極３０
…とが形成されている。円形形状の被半田付け部２９と
１つの電極３０とは、接続パターンを介して接続されて
いる。これらの被半田付け部２９と電極３０…は、タン
グステン下地層とＮｉ下地メッキ層とＡｕ表面メッキ層
とから構成されている。そしてこの被半田付け部２９に
は、半導体圧力センサ素子３のダイアフラム部９に圧力
測定の対象となる流体を流体導入孔１５を介してに導く
ための金属製の筒体３１の環状の端部３３（半田付け端
部）の端面が半田３５により半田付け接続されている。
環状の被半田付け部２９を形成する金属薄膜の幅寸法
は、半田付け強度が著しく低下しない範囲で定められ
る。筒体３１の内部には、流体導入孔１５と連通する流
体導入路３７が形成されている。As shown in FIG. 3, a fluid introduction hole 1 is formed on the back surface of the first case component 23 forming the wall portion 17.
5, a circular soldered portion 29 having a predetermined width so as to surround the periphery of the other open end, and a plurality of electrodes 30
Are formed. The circular soldered portion 29 and one electrode 30 are connected via a connection pattern. The soldered portions 29 and the electrodes 30 are composed of a tungsten base layer, a Ni base plating layer, and an Au surface plating layer. The to-be-soldered portion 29 has an annular end portion of a metal cylinder 31 for guiding a fluid to be subjected to pressure measurement to the diaphragm portion 9 of the semiconductor pressure sensor element 3 through the fluid introduction hole 15. 33 (soldering end) is soldered and connected by solder 35.
The width dimension of the metal thin film forming the annular portion 29 to be soldered is determined within a range where the soldering strength is not significantly reduced. A fluid introduction path 37 communicating with the fluid introduction hole 15 is formed inside the cylindrical body 31.
【００２１】本例では、第１のケース構成部分２３によ
って構成される壁部１７の裏面に形成した被半田付け部
２９は、被半田付け部２９の内接円３９と外接円４１と
の間に仮想した内接円３９及び外接円４１と同心の仮想
中心円４３が、ダイアフラム支持部１１と壁部１７との
接合領域２１内に仮想した流体流通孔１５を囲む仮想環
状中心線ＣＬよりも外側に位置するように形成されてい
る。筒体３１の環状の半田付け端部３３は仮想中心円４
３と同じまたはそれよりも大きな中心直径を有してい
る。そして筒体４１は、半田付け端部３３が仮想中心円
４３とほぼ同心になるように、被半田付け部２９に半田
付け接続されている。半田付け接続する場合には、被半
田付け部２９上にクリーム半田を印刷し、乾燥処理した
後に、その上に筒体１の端部３３を載せ、炉の中でこれ
らを加熱してクリーム半田を溶融させたのち、自然冷却
させる。In this example, the soldered portion 29 formed on the back surface of the wall portion 17 constituted by the first case component 23 is located between the inscribed circle 39 and the circumscribed circle 41 of the soldered portion 29. A virtual center circle 43 concentric with the imaginary inscribed circle 39 and the circumscribed circle 41 is smaller than a virtual annular center line CL surrounding the virtual fluid flow hole 15 in the joint region 21 between the diaphragm support 11 and the wall 17. It is formed so as to be located outside. The annular soldering end 33 of the cylindrical body 31 is a virtual center circle 4
It has a central diameter equal to or greater than 3. The cylindrical body 41 is soldered and connected to the soldered portion 29 such that the soldered end 33 is substantially concentric with the virtual center circle 43. In the case of soldering connection, cream solder is printed on the portion 29 to be soldered, and after drying processing, the end 33 of the cylindrical body 1 is placed thereon, and these are heated in a furnace to be cream soldered. Is melted and then allowed to cool naturally.
【００２２】この例のように、被半田付け部２９が壁部
１７を間に介して接合領域２１と部分的に対向している
場合には、壁部の厚み寸法を２．５ｍｍ以下の値まで薄
くすることが可能である。そしてこの場合の筒体３１の
端部３３（半田付け端部）の肉厚は０．２〜０．８ｍｍ
に設定するのが好ましい。半導体圧力センサ素子が大き
くなった場合には、被半田付け部２９は、その仮想中心
円４３が常に仮想環状中心線ＣＬよりも外に位置するよ
うに形成する。仮想中心円４３が、仮想環状中心線ＣＬ
よりも外側に離れれば離れるほど、筒体３１の半田付け
部に温度変化で発生する応力の影響を少なくすることが
できる。As in this example, when the portion 29 to be soldered partially faces the joining region 21 with the wall portion 17 therebetween, the thickness of the wall portion is set to a value of 2.5 mm or less. It is possible to make it thinner. In this case, the thickness of the end portion 33 (soldering end portion) of the cylindrical body 31 is 0.2 to 0.8 mm.
It is preferable to set When the semiconductor pressure sensor element becomes large, the soldered portion 29 is formed such that its virtual center circle 43 is always located outside the virtual annular center line CL. The virtual center circle 43 is the virtual annular center line CL
The further away from the outside, the less influence of the stress generated by the temperature change on the soldered portion of the cylindrical body 31 can be reduced.
【００２３】センサケース５には半導体圧力センサ素子
３に設けられている複数の接続用電極４５…（図の右半
分の電極は省略している）のうちの所要の接続用電極に
ボンディングワイヤ５１…により接続された複数のケー
ス側接続用電極４７…が形成されている。ケース側接続
用電極４７…はタングステン下地層とＮｉ下地メッキ層
とＡｕ表面メッキ層とから構成されている。これらケー
ス側接続用電極４７…は、第２のケース構成部分２５の
内側に露出する第１のケース構成部分２５の上面の部分
に形成されている。In the sensor case 5, bonding wires 51 are connected to required connection electrodes among a plurality of connection electrodes 45 provided on the semiconductor pressure sensor element 3 (electrodes in the right half of the figure are omitted). A plurality of case-side connection electrodes 47 connected by... Are formed. The case side connection electrodes 47 are composed of a tungsten base layer, a Ni base plating layer, and an Au surface plating layer. These case-side connection electrodes 47 are formed on the upper surface of the first case component 25 exposed inside the second case component 25.
【００２４】第２のケース構成部分２５の下に位置する
第１のケース構成部分２５の上面の部分には、それぞれ
複数のケース側接続用電極４７…に接続されてセンサケ
ース５の周壁部１９の外周面まで延びる複数の導電性引
出パターン４９…（図１（Ａ）では示さず）が形成され
ている。これら複数の導電性引出パターン４９…は、ケ
ース側接続用電極４７…を構成するタングステン下地層
が延長されて構成されている。また第１のケース構成部
分２３の下面及び第２のケース構成部分２５の上面に
は、複数の導電性引出パターン４９…とそれぞれ接続さ
れる複数の外部接続用電極５３ａ〜５３ｈと複数の外部
接続用電極３０…とがそれぞれ形成されている。またセ
ンサケース５の周壁部１９の外周面には、第１及び第３
のケース構成部分２３，２５が積層される積層方向に向
かって延びて積層方向両側に開口し且つ積層方向と直交
し且つ外周面から離れる方向に開口する複数の溝部Ｃ１
〜Ｃ８が形成されている。特に、溝部Ｃ１，Ｃ２，Ｃ
３，Ｃ４は、センサケース５のほぼ矩形形状をなす周壁
部１９の４つの角部にそれぞれ形成されている。複数の
導電性引出パターン４９…の外側端部は、それぞれ対応
する複数の溝部Ｃ１〜Ｃ８内に露出している。On the upper surface of the first case component 25 located below the second case component 25, the peripheral wall 19 of the sensor case 5 is connected to a plurality of case connection electrodes 47. (Not shown in FIG. 1 (A)) are formed. The plurality of conductive extraction patterns 49 are formed by extending a tungsten base layer forming the case-side connection electrodes 47. On the lower surface of the first case component 23 and on the upper surface of the second case component 25, a plurality of external connection electrodes 53a to 53h and a plurality of external connections are respectively connected to the plurality of conductive extraction patterns 49. Are formed respectively. In addition, the outer peripheral surface of the peripheral wall 19 of the sensor case 5 has first and third
A plurality of groove portions C1 extending in the stacking direction in which the case constituent parts 23 and 25 are stacked, opening on both sides in the stacking direction, and opening in a direction perpendicular to the stacking direction and away from the outer peripheral surface
To C8 are formed. In particular, the grooves C1, C2, C
Reference numerals 3 and C4 are formed at four corners of the substantially rectangular peripheral wall 19 of the sensor case 5, respectively. The outer ends of the plurality of conductive extraction patterns 49 are exposed in the corresponding plurality of grooves C1 to C8.
【００２５】複数の外部接続用電極５３ａ〜５３ｈ，３
０…のうち、第１のケース構成部分２３の下面に形成さ
れる第１グループに属する複数の外部接続用電極５３ａ
〜５３ｄと、第２のケース構成部分２５の上面に形成さ
れる第２グループに属する複数の外部接続用電極５５ａ
〜５５ｄは、それぞれ複数の溝部Ｃ１〜Ｃ８の積層方向
両側の開口部に隣接して形成されている。これらの溝部
Ｃ１〜Ｃ８内で、これら溝部の内部に露出する導電性引
出パターン４９…の外側端部と、これら溝部の積層方向
両側に位置する対になった複数の外部接続用電極５３ａ
〜５３ｈ，５５ａ〜５５ｈとは、これら溝部内に沿って
設けられた複数の接続用導電パターン４９により電気的
に接続されている。A plurality of external connection electrodes 53a to 53h, 3
0, a plurality of external connection electrodes 53a belonging to a first group formed on the lower surface of the first case component 23.
To 53d and a plurality of external connection electrodes 55a belonging to a second group formed on the upper surface of the second case component 25.
55d are formed adjacent to the openings on both sides in the stacking direction of the plurality of grooves C1 to C8, respectively. In these grooves C1 to C8, the outer ends of the conductive extraction patterns 49 exposed inside the grooves, and a plurality of pairs of external connection electrodes 53a located on both sides in the stacking direction of the grooves.
To 53h and 55a to 55h are electrically connected to each other by a plurality of connection conductive patterns 49 provided along the inside of these grooves.
【００２６】上述した構造による半導体圧力センサ１で
は、測定対象である流体は筒体３１の流体導入路３７か
ら流体導入孔１５に供給される。その流体の圧力が半導
体圧力センサ素子３のダイアフラム部９に作用すると、
大気圧との差によりダイアフラム部９に物理的な歪みが
生じ、この歪みに応じてダイアフラム部９に設けられて
いる抵抗ブリッジ回路７の抵抗値が変化し、この抵抗値
の変化を出力として取出す。温度変化があるとセラミッ
ク製のセンサケース５と金属製（真鍮）の筒体３１との
熱膨張係数の違いにより、センサケース５と筒体３１と
の接合部分である被半田付け部２９に応力が発生する。
本例の半導体圧力センサ１では、筒体３１の半田付け端
部がフランジ部を有しておらず、また筒体３１の仮想中
心円４３がダイアフラム支持部１１の仮想環状中心線Ｃ
Ｌよりも外側に位置するようにして、筒体３１が被半田
付け部２９に半田付け接続されているので、半田付け部
に発生する応力が小さくなる上、半田付け部に発生した
応力がセンサケース５の壁部１７を介して半導体圧力セ
ンサ素子３に伝わるのを抑制できる。その結果、本発明
によれば，温度特性が大幅に改善される。In the semiconductor pressure sensor 1 having the above-described structure, the fluid to be measured is supplied to the fluid introduction hole 15 from the fluid introduction passage 37 of the cylinder 31. When the pressure of the fluid acts on the diaphragm 9 of the semiconductor pressure sensor element 3,
Due to the difference from the atmospheric pressure, physical distortion occurs in the diaphragm 9, and the resistance of the resistance bridge circuit 7 provided in the diaphragm 9 changes according to the distortion, and the change in the resistance is extracted as an output. . If there is a temperature change, a stress is applied to the soldered portion 29 which is a joint portion between the sensor case 5 and the cylindrical body 31 due to a difference in thermal expansion coefficient between the ceramic sensor case 5 and the metal (brass) cylindrical body 31. Occurs.
In the semiconductor pressure sensor 1 of this example, the soldered end of the cylindrical body 31 has no flange, and the virtual center circle 43 of the cylindrical body 31 is formed by the virtual annular center line C of the diaphragm support 11.
Since the cylindrical body 31 is connected to the soldered portion 29 by soldering so as to be located outside of L, the stress generated in the soldered portion is reduced, and the stress generated in the soldered portion is detected by the sensor. Transmission to the semiconductor pressure sensor element 3 via the wall 17 of the case 5 can be suppressed. As a result, according to the present invention, the temperature characteristics are greatly improved.
【００２７】[0027]
【発明の効果】本発明によれば、セラミック製のセンサ
ケースの壁部の裏面の被半田付け部に半田付け接続され
る金属製の筒体にフランジ部を設けないので、被半田付
け部と筒体の半田付け端部とを接続する半田付け部が小
さくなり、半田付け部に発生する応力を小さくすること
ができ。そのため筒体が接合されるセンサケースの壁部
の厚みを薄くしたとしても、温度変化により半田付け部
に発生する応力が半導体圧力センサ素子まで及び難くな
って、温度特性を改善できる。According to the present invention, the flange portion is not provided on the metal cylindrical body which is connected by soldering to the portion to be soldered on the back surface of the wall of the sensor case made of ceramic. The size of the soldering portion connecting the soldering end of the cylindrical body is reduced, and the stress generated in the soldering portion can be reduced. Therefore, even if the thickness of the wall of the sensor case to which the cylinder is joined is reduced, the stress generated in the soldered portion due to the temperature change does not easily reach the semiconductor pressure sensor element, and the temperature characteristics can be improved.
【００２８】特に、被半田付け部を、被半田付け部の内
接円と外接円との間に仮想した内接円及び外接円と同心
をなす仮想中心円が、ダイアフラム支持部とセンサケー
スの壁部の接合領域内に流体導入孔を囲むように仮想し
た仮想環状中心線よりも外側に位置するようにする形成
し、筒体としてその半田付け端部が仮想中心円と同じま
たはそれよりも大きな中心直径を有するものを用い、筒
体の半田付け端部を仮想中心円とほぼ同心的に配置され
るように被半田付け部に半田付け接続すると、半田付け
部で発生する応力の影響を大幅に小さくすることができ
る。In particular, the imaginary center circle concentric with the circumscribed circle and the circumscribed circle imaginary between the inscribed circle and the circumscribed circle of the soldered portion is formed between the diaphragm support and the sensor case. Formed so as to be located outside the virtual annular center line imagined to surround the fluid introduction hole in the joint area of the wall, and the soldered end of the cylinder is the same as or larger than the virtual center circle When using a tube with a large center diameter and soldering it to the part to be soldered so that the soldering end of the cylindrical body is arranged almost concentrically with the virtual center circle, the effect of the stress generated at the soldering part is reduced. It can be significantly reduced.
【図１】（Ａ）は本発明の半導体圧力センサの一実施の
形態の一部切り欠き平面図であり、図１（Ｂ）は図１
（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。FIG. 1A is a partially cutaway plan view of an embodiment of a semiconductor pressure sensor according to the present invention, and FIG.
It is a BB sectional view taken on the line of (A).
【図２】図１の実施の形態において、筒体をセンサケー
スに半田付けする前のセンサケースの底面図である。FIG. 2 is a bottom view of the sensor case before the cylindrical body is soldered to the sensor case in the embodiment of FIG. 1;
【図３】本発明の実施の形態の半導体圧力センサのダイ
アフラム部に形成されているブリッジ回路の回路図であ
る。FIG. 3 is a circuit diagram of a bridge circuit formed in a diaphragm of the semiconductor pressure sensor according to the embodiment of the present invention.
【図４】従来の半導体圧力センサの一例の構造の縦断端
面図である。FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a structure of an example of a conventional semiconductor pressure sensor.
１ 半導体圧力センサ ３ 半導体圧力センサ素子 ５ センサケース ９ ダイアフラム部 １１，１１ａ，１１ｂ ダイアフラム支持部 １５ 流体導入孔 １７ 壁部 １９ 周壁部 ２１ 接合領域 ２９ 被半田付け部 ３１ 筒体 ３３ 半田付け端部 ３５ 半田 ３７ 流体導入路 ３９ 内接円 ４１ 外接円 ４３ 仮想中心円 ＣＬ 仮想環状中心線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor pressure sensor 3 Semiconductor pressure sensor element 5 Sensor case 9 Diaphragm part 11, 11a, 11b Diaphragm support part 15 Fluid introduction hole 17 Wall part 19 Peripheral wall part 21 Joining area 29 Soldering part 31 Cylindrical body 33 Soldering end 35 Solder 37 Fluid introduction path 39 Inscribed circle 41 Circumscribed circle 43 Virtual center circle CL Virtual annular center line
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB20 CC02 DD05 DD09 EE14 FF01 FF23 GG13 4M112 AA01 CA15 CA16 DA18 EA02 EA14 GA01 5F047 AA13 AB01 BA04 CA01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2F055 AA40 BB20 CC02 DD05 DD09 EE14 FF01 FF23 GG13 4M112 AA01 CA15 CA16 DA18 EA02 EA14 GA01 5F047 AA13 AB01 BA04 CA01
Claims (3)
ラム部及び前記ダイアフラム部の外周部を支持するダイ
アフラム支持部とが一体に成形されてなる半導体圧力セ
ンサ素子と、 表面に前記半導体圧力センサ素子の前記ダイアフラム支
持部が接合され且つ前記半導体圧力センサ素子の前記ダ
イアフラム部に圧力測定の対象となる流体を導くための
流体導入孔が形成された壁部を備えたセラミック製のセ
ンサケースと、 前記センサケースの前記壁部の裏面に前記流体導入孔の
開口端部の周囲を囲むように形成された半田付けが可能
な被半田付け部と、 前記被半田付け部に半田付けにより接続された金属製の
筒体とを具備する半導体圧力センサであって、 前記被半田付け部に半田付けされる前記筒体の環状の半
田付け端部はフランジ部を備えておらず、前記半田付け
端部の端面が前記被半田付け部に半田付け接続されてい
ることを特徴とする半導体圧力センサ。A semiconductor pressure sensor element formed integrally with a diaphragm having a resistance bridge circuit formed thereon and a diaphragm support for supporting an outer peripheral portion of the diaphragm; and a semiconductor pressure sensor element on a surface thereof. A ceramic sensor case having a wall to which a diaphragm support is joined and having a fluid introduction hole for guiding a fluid to be subjected to pressure measurement to the diaphragm of the semiconductor pressure sensor element; and A solderable portion formed on the back surface of the wall portion so as to surround the periphery of the opening end of the fluid introduction hole; and a metal-made portion connected by soldering to the solderable portion. A semiconductor pressure sensor comprising: a cylindrical body; and an annular soldered end of the cylindrical body to be soldered to the portion to be soldered includes a flange. Orazu, semiconductor pressure sensor, characterized in that the end surface of the soldering ends the connected soldered to the soldering portion.
る円形形状を呈しており、 前記被半田付け部の内接円と外接円との間に仮想した前
記内接円及び外接円と同心をなす仮想中心円が、前記ダ
イアフラム支持部と前記センサケースの前記壁部の接合
領域内に前記流体導入孔を囲むように仮想した仮想環状
中心線よりも外側に位置するように、前記被半田付け部
が形成され、 前記筒体の前記半田付け端部は前記仮想中心円と同じま
たはそれよりも大きな中心直径を有しており、前記半田
付け端部が前記仮想中心円とほぼ同心的に配置されてい
ることを特徴とする請求項１に記載の半導体圧力セン
サ。2. The inscribed circle and the circumscribed circle imaginary between the inscribed circle and the circumscribed circle of the soldered part, wherein the soldered portion has a circular shape having a predetermined width. The cover is formed such that a concentric virtual center circle is located outside a virtual annular center line imagined to surround the fluid introduction hole in a joint area between the diaphragm support and the wall of the sensor case. A soldered portion is formed, the soldered end of the cylindrical body has a center diameter equal to or larger than the virtual center circle, and the soldered end is substantially concentric with the virtual center circle; The semiconductor pressure sensor according to claim 1, wherein the semiconductor pressure sensor is disposed at a position where the pressure sensor is disposed.
して前記接合領域と部分的に対向しており、 前記接合領域と前記被半田付け部との間の前記壁部の厚
み寸法は２．５ｍｍ以下であり、 前記筒体の前記半田付け端部の肉厚が、０．２〜０．８
ｍｍであることを特徴とする請求項２に記載の半導体圧
力センサ。3. The portion to be soldered partially faces the joining region with the wall portion interposed therebetween, and the thickness of the wall portion between the joining region and the portion to be soldered. The dimension is 2.5 mm or less, and the thickness of the soldered end of the cylindrical body is 0.2 to 0.8.
3. The semiconductor pressure sensor according to claim 2, wherein
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|---|---|---|---|
| JP32363999A JP4651763B2 (en) | 1999-11-15 | 1999-11-15 | Semiconductor pressure sensor |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001141587A true JP2001141587A (en) | 2001-05-25 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP4651763B2 (en) | 2011-03-16 |
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