JP2002005766A - 圧力検出装置用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で高感度の圧力検出装置を提供するこ
と。 【解決手段】 一方の主面に半導体素子３が搭載される
絶縁基体１の他方の主面に、静電容量形成用の電極７を
設けるとともにこの電極７と対向する静電容量形成用の
金属板２を絶縁基体１との間に密閉空間を形成するよう
に可撓な状態で接合させた圧力検出装置用パッケージで
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力を検出するた
めの圧力検出装置に使用される圧力検出装置用パッケー
ジに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧力を検出するための圧力検出装
置として静電容量型の圧力検出装置が知られている。こ
の静電容量型の圧力検出装置は、例えば図３に断面図で
示すように、セラミックス材料や樹脂材料から成る配線
基板21上に、静電容量型の感圧素子22と、パッケージ27
に収容された演算用の半導体素子28とを備えている。感
圧素子22は、例えばセラミックス材料等の電気絶縁材料
から成り、上面中央部に静電容量形成用の一方の電極23
が被着された凹部を有する絶縁基体24と、この絶縁基体
24の上面に絶縁基体24との間に密閉空間を形成するよう
にして可撓な状態で接合され、静電容量形成用の他方の
電極として機能する金属板25と、各静電容量形成用の電
極23および金属板25をそれぞれ外部に電気的に接続する
ための外部リード端子26とから構成されており、外部の
圧力に応じて金属板25が撓むことにより各静電容量形成
用の電極間23と金属板25との間に形成される静電容量が
変化する。そして、この静電容量の変化を演算用の半導
体素子28により演算処理することにより外部の圧力を検
出することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の圧力検出装置によると、感圧素子22と半導体素子28
とを配線基板21上に個別に実装していることから、圧力
検出装置が大型化してしまうとともに圧力検出用の電極
23・25と半導体素子28との間の配線が長いものとなり、
この長い配線間に不要な静電容量が形成されるため感度
が低いという問題点を有していた。

【０００４】本発明はかかる従来の問題点に鑑み案出さ
れたものであり、その目的は、小型でかつ感度の高い圧
力検出装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の圧力検出装置用
パッケージは、一方の主面に半導体素子が搭載される搭
載部を有する絶縁基体と、この絶縁基体の表面および内
部に配設され、前記半導体素子の各電極が電気的に接続
される複数の配線導体と、前記絶縁基体の他方の主面の
中央部に被着され、前記配線導体の一つに電気的に接続
された静電容量形成用の電極と、前記絶縁基体の他方の
主面に、この主面の中央部との間に密閉空間を形成する
ように前記電極と対向して可撓な状態で接合され、前記
配線導体の他の一つに電気的に接続された静電容量形成
用の金属板とを具備すること特徴とするものである。

【０００６】本発明の圧力検出装置用パッケージによれ
ば、一方の主面に半導体素子が搭載される搭載部を有す
る絶縁基体の他方の主面に静電容量形成用の電極を設け
るとともに、この電極と対向する静電容量形成用の金属
板を、他方の主面との間に密閉空間を形成するようにし
て可撓な状態で接合させたことから、半導体素子を収容
するパッケージに感圧素子が一体に形成され、その結
果、圧力検出装置を小型とすることができるとともに圧
力検出用の電極と半導体素子とを接続する配線を短いも
のとして、これらの配線間に発生する不要な静電容量を
小さなものとすることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】次に、本発明を添付の図面を基に
詳細に説明する。図１は、本発明の圧力検出装置用パッ
ケージの実施の形態の一例を示す断面図であり、図中、
１は絶縁基体、２は金属板、３は半導体素子である。

【０００８】絶縁基体１は、酸化アルミニウム質焼結体
や窒化アルミニウム質焼結体・ムライト質焼結体・炭化
珪素質焼結体・窒化珪素質焼結体・ガラス−セラミック
ス等の電気絶縁材料から成る積層体であり、例えば酸化
アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アル
ミニウム・酸化珪素・酸化マグネシウム・酸化カルシウ
ム等のセラミック原料粉末に適当な有機バインダ・溶剤
・可塑剤・分散剤を添加混合して泥漿状となすとともに
これを従来周知のドクタレード法を採用してシート状に
成形することにより複数枚のセラミックグリーンシート
を得、しかる後、これらのセラミックグリーンシートに
適当な打ち抜き加工・積層加工・切断加工を施すことに
より絶縁基体１用の生セラミック成形体を得るとともに
この生セラミック成形体を約1600℃の温度で焼成するこ
とにより製作される。

【０００９】絶縁基体１は、その下面中央部に半導体素
子３を収容するための凹部１ａが形成されており、これ
により半導体素子３を収容する容器として機能する。そ
して、この凹部１ａの底面中央部が半導体素子３が搭載
される搭載部１ｂとなっており、この搭載部１ｂに半導
体素子３を搭載するとともに凹部１ａ内に例えばエポキ
シ樹脂等の樹脂製封止材４を充填することにより半導体
素子３が封止される。なお、この例では半導体素子３は
樹脂製封止材４を凹部１ａ内に充填することにより封止
されるが、半導体素子３は絶縁基体１の下面に金属やセ
ラミックスから成る蓋体を凹部１ａを塞ぐように接合さ
せることにより封止されてもよい。

【００１０】また、搭載部１ｂには半導体素子３の各電
極と接続される複数のメタライズ配線導体５が導出して
おり、このメタライズ配線導体５と半導体素子３の各電
極を半田バンプ６等の導電性材料から成る導電性接合部
材を介して接合することにより半導体素子３の各電極と
各メタライズ配線導体５とが電気的に接続されるととも
に半導体素子３が搭載部１ｂに固定される。なお、この
例では、半導体素子３の電極とメタライズ配線導体５と
は半田バンプ６を介して接続されているが、半導体素子
３の電極とメタライズ配線導体５とはボンディングワイ
ヤ等の他の種類の電気的接続手段により接続されていて
もよい。

【００１１】メタライズ配線導体５は、半導体素子３の
各電極を外部電気回路および後述する電極７・金属板２
に電気的に接続するための導電路として機能し、その一
部は絶縁基体１の外周部側面から外周下面にかけて導出
し、別の一部は電極７・金属板２に電気的に接続されて
いる。そして、半導体素子３の各電極をこれらのメタラ
イズ配線導体５に半田バンプ６を介して電気的に接続す
るとともに半導体素子３を樹脂製封止材４で封止した
後、メタライズ配線導体５で絶縁基体１外周側面および
外周下面に導出した部位を外部電気回路基板の配線導体
に半田等の導電性接合材を介して接合することにより、
内部に収容する半導体素子３が外部電気回路に電気的に
接続されることとなる。

【００１２】このようなメタライズ配線導体５は、タン
グステンやモリブデン・銅・銀等の金属粉末メタライズ
から成り、タングステン等の金属粉末に適当な有機バイ
ンダ・溶剤・可塑剤・分散剤等を添加混合して得たメタ
ライズペーストを従来周知のスクリーン印刷法を採用し
て絶縁基体１用のセラミックグリーンシートに所定のパ
ターンに印刷塗布し、これを絶縁基体１用の生セラミッ
ク成形体とともに焼成することによって絶縁基体１の内
部および表面に所定のパターンに形成される。なお、メ
タライズ配線導体５の露出表面には、メタライズ配線導
体５が酸化腐食するのを防止するとともにメタライズ配
線導体５と半田等の導電性接合材との接合を良好なもの
とするために、通常であれば、厚みが１〜10μｍ程度の
ニッケルめっき層と厚みが0.1〜３μｍ程度の金めっき
層とが順次被着されている。

【００１３】また、絶縁基体１の上面外周部には高さが
0.01〜５ｍｍ程度の枠状の突起部１ｃが設けられてお
り、それにより上面中央部に底面が略平坦な凹部１ｄが
形成されている。この凹部１ｄは、後述するように、金
属板２との間に密閉空間を形成するためのものであり、
この凹部１ｄの底面には静電容量形成用の電極７が被着
されている。

【００１４】この電極７は、金属板２とともに感圧素子
用の静電容量を形成するためのものであり、例えば略円
形のパターンに形成されている。そして、この電極７に
はメタライズ配線導体５の一つ５ａが接続されており、
それによりこのメタライズ配線導体５ａに半導体素子３
の電極を導電性接合材６を介して接続すると半導体素子
３の電極と電極７とが電気的に接続されるようになって
いる。

【００１５】このような電極７は、タングステンやモリ
ブデン・銅・銀等の金属粉末メタライズから成り、タン
グステン等の金属粉末に適当な有機バインダ・溶剤・可
塑剤・分散剤を添加混合して得たメタライズペーストを
従来周知のスクリーン印刷法を採用して絶縁基体１用の
セラミックグリーンシートに印刷塗布し、これを絶縁基
体１用の生セラミック成形体とともに焼成することによ
って絶縁基体１の凹部１ｄ底面に所定のパターンに形成
される。なお、電極７の露出表面には、電極７が酸化腐
食するのを防止するために、通常であれば、厚みが１〜
10μｍ程度のニッケルめっき層が被着されている。

【００１６】また、絶縁基体１の突起部１ｃの上面には
その全周にわたり枠状の接合用メタライズ層８が被着さ
れており、この接合用メタライズ層８には、金属板２が
銀−銅ろう材等の導電性接合材を介して接合されてい
る。

【００１７】この接合用メタライズ層８にはメタライズ
配線導体５の一つ５ｂが接続されており、それによりこ
のメタライズ配線導体５ｂに半導体素子３の電極を導電
性接合材６を介して電気的に接続すると接合用メタライ
ズ層８に接続された金属板２と半導体素子３の電極とが
電気的に接続されるようになっている。

【００１８】接合用メタライズ層８は、タングステンや
モリブデン・銅・銀等の金属粉末メタライズから成り、
タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダ・溶剤
・可塑剤・分散剤を添加混合して得たメタライズペース
トを従来周知のスクリーン印刷法を採用して絶縁基体１
用のセラミックグリーンシートに印刷塗布し、これを絶
縁基体１用の生セラミック成形体とともに焼成すること
によって絶縁基体１の突起部１ｃ上面に枠状の所定のパ
ターンに形成される。なお、接合用メタライズ層８の露
出表面には、接合用メタライズ層８が酸化腐食するのを
防止するとともに接合用メタライズ層８と導電性接合材
との接合を強固なものとするために、通常であれば、厚
みが１〜10μｍ程度のニッケルめっき層が被着されてい
る。

【００１９】また、絶縁基体１の上面に取着された金属
板２は、鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合
金等の金属から成る厚みが0.01〜５ｍｍ程度の略平板で
あり、外部の圧力に応じて絶縁基体１側に撓むいわゆる
圧力検出用のダイアフラムとして機能し、同時に前述の
電極７とともに感圧素子用の静電容量を形成するための
電極として機能する。

【００２０】なお、金属板２は、その厚みが0.01ｍｍ未
満では、その機械的強度が小さいものとなってしまうた
め、これに大きな外部圧力が印加された場合に破壊され
てしまう危険性が大きなものとなり、他方、５ｍｍを超
えると、小さな圧力では撓みにくくなり、圧力検出用の
ダイアフラムとしては不適となってしまう。したがっ
て、金属板２の厚みは0.01〜５ｍｍの範囲が好ましい。

【００２１】このような金属板２は、例えば鉄−ニッケ
ル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金のインゴットに圧
延加工を施して板状となすとともにこれに打ち抜き加工
を施すことによって所定の形状に製作される。なお、こ
のような金属板２は、打ち抜き加工後にバレル研磨加工
を施して不要なバリを除去しておくことが好ましい。ま
た、金属板２で外部に露出する表面には、この金属板２
が酸化腐食するのを防止するために、通常であれば、厚
みが１〜10μｍ程度のニッケルめっき層および厚みが0.
1〜３μm程度の金めっき層が順次被着されている。

【００２２】この金属板２と接合用メタライズ層８とは
銀−銅ろう材等の導電性接合材を介して接合されてお
り、それにより、絶縁基体１上面と金属板２下面との間
に密閉空間が形成されるとともに接合用メタライズ層８
と金属板２とが電気的に接続される。

【００２３】このとき、電極７と金属板２とは、絶縁基
体１と金属板２との間に形成された空間を挟んで対向し
ており、これらの間には、電極７や金属板２の面積およ
び電極７と金属板２との間隔に応じて所定の静電容量が
形成されている。そして、金属板２の上面に外部の圧力
が印加されると、その圧力に応じて金属板２が絶縁基体
１側に撓んで電極７と金属板２との間隔が変わり、それ
により電極７と金属板２との間の静電容量が変化するの
で、外部の圧力の変化を静電容量の変化として感知する
感圧素子として機能する。そして、この静電容量の変化
を凹部１ａ内に収容した半導体素子３にメタライズ配線
導体５ａ・５ｂを介して伝達し、これを半導体素子３で
演算処理することによって外部の圧力の大きさを知るこ
とができる。

【００２４】このように、本発明の圧力検出装置用パッ
ケージによれば、一方の主面に半導体素子３が搭載され
る絶縁基体１の他方の主面に、静電容量形成用の電極７
を設けるとともにこの電極７と対向する静電容量形成用
の金属板２を絶縁基体１との間に密閉空間を形成するよ
うに可撓な状態で接合させたことから、半導体素子３を
収容する容器と感圧素子とが一体となり、その結果、圧
力検出装置を小型化することができる。また、静電容量
形成用の電極７および金属板２を、絶縁基体１に設けた
メタライズ配線導体５ａ・５ｂを介して半導体素子３に
接続することから、電極７および金属板２を短い距離で
半導体素子３に接続することができ、その結果、これら
のメタライズ配線導体５ａ・５ｂ間に発生する不要な静
電容量を小さなものとして感度の高い圧力検出装置を提
供することができる。

【００２５】なお、電極７と金属板２との間隔が１気圧
中において0.01ｍｍ未満の場合、金属板２に大きな圧力
が印加された際に、電極７と金属板２とが接触して圧力
を検出することができなくなってしまう危険性があり、
他方、５ｍｍを超えると、電極７と金属板２との間に形
成される静電容量が小さなものとなり、圧力を検出する
感度が低いものとなる傾向にある。したがって、電極７
と金属板２との間隔は、１気圧中において0.01〜５ｍｍ
の範囲が好ましい。

【００２６】かくして、上述の圧力検出装置用パッケー
ジによれば、搭載部１ａに半導体素子３を搭載するとと
もに半導体素子３の各電極とメタライズ配線導体５とを
電気的に接続し、しかる後、半導体素子３を封止するこ
とによって小型でかつ感度の高い圧力検出装置となる。

【００２７】なお、本発明は、上述の実施の形態の一例
に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない
範囲であれば種々の変更は可能である。例えば上述の実
施の形態の一例では、絶縁基体１の上面外周部に枠状の
突起部１ｃを設け、この突起部１ｃ上に金属板２を接合
することにより絶縁基体１上面と金属板２との間に密閉
空間を設けるようにしたが、図２に断面図で示すよう
に、絶縁基体１の上面外周部に例えば鉄−ニッケル−コ
バルト合金や鉄−ニッケル合金等から成る金属枠体９を
銀−銅ろう等の導電性接合材を介して接合させておき、
この金属枠体９上に金属板２を銀−銅ろう等の導電性接
合材を介して接合させることにより絶縁基体１と金属板
２との間に密閉空間を設けるようにしてもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧力検出
装置用パッケージによれば、一方の主面に半導体素子が
搭載される絶縁基体の他方の主面に、静電容量形成用の
電極を設けるとともにこの電極と対向する静電容量形成
用の金属板を絶縁基体との間に密閉空間を形成するよう
に可撓な状態で接合させたことから、半導体素子を収容
する容器と感圧素子とが一体となり、その結果、圧力検
出装置を小型化することができる。また、静電容量形成
用の電極および金属板を、絶縁基体に設けたメタライズ
配線導体を介して半導体素子に接続することから、電極
および金属板を短い距離で半導体素子に接続することが
でき、その結果、これらのメタライズ配線導体間に発生
する不要な静電容量を小さなものとして感度の高い圧力
検出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧力検出装置用パッケージの実施の形
態の一例を示す断面図である。

【図２】本発明の圧力検出装置用パッケージの実施形態
の他の例を示す断面図である。

【図３】従来の圧力検出装置を示す断面図である。

【符号の説明】 １・・・・・絶縁基体 ２・・・・・金属板 ３・・・・・半導体素子 ５，５ａ，５ｂ・・・・・配線導体 ７・・・・・電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の主面に半導体素子が搭載される搭
   載部を有する絶縁基体と、該絶縁基体の表面および内部
   に配設され、前記半導体素子の各電極が電気的に接続さ
   れる複数の配線導体と、前記絶縁基体の他方の主面の中
   央部に被着され、前記配線導体の一つに電気的に接続さ
   れた静電容量形成用の電極と、前記他方の主面に、前記
   中央部との間に密閉空間を形成するように前記電極と対
   向して可撓な状態で接合され、前記配線導体の他の一つ
   に電気的に接続された静電容量形成用の金属板とを具備
   することを特徴とする圧力検出装置用パッケージ。