JP2002286569A - 圧力検出装置用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で高感度であり、外部の圧力をばらつき
なく正確に検出可能な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
セラミック基体１の他方の主面に静電容量形成用の第一
メタライズ電極７を設けるとともに、内側面に第一メタ
ライズ電極７に対向する第二メタライズ電極８を有する
セラミック板２をセラミック基体１の他方の主面との間
に密閉空間を形成するように可撓な状態でセラミック基
体１と焼結一体化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２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28
に収容された演算用の半導体素子29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、下面に静電容量形成用の
他方の電極25が被着された絶縁板26と、各静電容量形成
用の電極23・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27とから構成されており、外部の圧力
に応じて絶縁板26が撓むことにより各静電容量形成用の
電極23・25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29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29
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29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】そこで、本願出願人は、先に特願2000-178
618において、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、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、絶縁基体の他方の主面の中央部に
被着され、配線導体の一つに電気的に接続された静電容
量形成用の第一電極と、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可撓な
状態で接合された絶縁板と、この絶縁板の内側主面に第
一電極に対向して被着され、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第二電極とを具備する
圧力検出装置用パッケージを提案した。

【０００５】この圧力検出装置用パッケージによると、
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第一電極を設け
るとともに、この第一電極に対向する静電容量形成用の
第二電極を内側面に有する絶縁板を、絶縁基体の他方の
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。なお、この特願2000-178618で提案し
た圧力検出装置用パッケージにおいては、絶縁基体の他
方の主面の外周部にセラミックスや金属から成る枠体を
第一電極を取り囲むようにして設けておき、この枠体上
に第二電極の外周部を銀−銅ろう等のろう材を介してろ
う付けすることにより絶縁板が絶縁基体に接合されてい
た。

【０００６】しかしながら、この特願2000-178618で提
案した圧力検出装置用パッケージによると、セラミック
スや金属から成る枠体上に絶縁板の第二電極の外周部を
銀−銅ろう等のろう材を介してろう付けする際に、両者
を接合するろう材の厚みがろう付けの温度や雰囲気・荷
重等のばらつきに起因して一定となりにくく、そのため
第一電極と第二電極との間隔が大きくばらついてしまう
とともに、両者を接合するろう材の一部が第二電極の中
央部に多量に流れ出してしまいやすく、このように多量
に流れ出したろう材により第一電極と第二電極との間に
形成される静電容量が大きくばらついてしまい、そのた
め外部の圧力を正確に検出することが困難であるという
問題点を有していた。

【０００７】本発明は、かかる上述の問題点に鑑み完成
されたものであり、その目的は、小型でかつ感度が高
く、しかも外部の圧力をばらつきなく正確に検出するこ
とが可能な圧力検出装置を提供することにある。

【０００８】

【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
載部を有するセラミック基体と、このセラミック基体の
表面および内部に配設された、半導体素子の各電極が電
気的に接続される複数のメタライズ配線導体と、セラミ
ック基体の他方の主面との間に密閉空間を形成するよう
に可撓な状態でセラミック基体に焼結一体化されたセラ
ミック板と、密閉空間内のセラミック基体表面に被着さ
れ、メタライズ配線導体の一つに電気的に接続された静
電容量形成用の第一メタライズ電極と、セラミック板の
内側面に第一メタライズ電極と対向するように被着さ
れ、メタライズ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第二メタライズ電極とを具備するこ
とを特徴とするものである。

【０００９】本発明の圧力検出装置用パッケージによれ
ば、セラミック板はセラミック基体の他方の主面との間
に密閉空間を形成するように可撓な状態でセラミック基
体に焼結一体化されていることから、第二メタライズ電
極に不要なろう材が付着したり、第一メタライズ電極と
第二メタライズ電極との間にろう付けに起因する間隔の
ばらつきが発生することはなく、外部の圧力を正確に検
出することが可能である。

【００１０】

【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はセラミック基体、２はセラミック板、３は半導体素
子である。

【００１１】セラミック基体１は、下面中央部に半導体
素子３を収容するための凹部１ａを有するとともに上面
中央部に後述するセラミック板２との間に密閉空間を形
成するための凹部１ｃを有する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・ガ
ラス−セラミックス等のセラミックス材料から成る積層
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ブレード
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セラミック基体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
を後述するセラミック板２用のセラミックグリーンシー
トとともに約1600℃の温度で焼成することにより製作さ
れる。

【００１２】セラミック基体１は、その下面中央部に形
成された凹部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はセラミック基体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。

【００１３】また、搭載部１ｂには半導体素子３の各電
極に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もよい。

【００１４】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第一メタライズ電
極７・第二メタライズ電極８に電気的に接続するための
導電路として機能し、その一部はセラミック基体１の外
周下面に導出し、別の一部は第一メタライズ電極７・第
二メタライズ電極８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に導電性接合材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の絶縁基体１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。

【００１５】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
てセラミック基体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、これをセラミック基体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セ
ラミック基体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。

【００１６】また、セラミック基体１の上面中央部に形
成された凹部１ｃ底面には静電容量形成用の第一メタラ
イズ電極７が被着されている。この第一メタライズ電極
７は、後述するセラミック板２の第二メタライズ電極８
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、この第一メタライズ電極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の電極を半田バンプ６
等の導電性接合材を介して接続すると半導体素子３の電
極と第一メタライズ電極７とが電気的に接続されるよう
になっている。

【００１７】このような第一メタライズ電極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
セラミック基体１用のセラミックグリーンシートに印刷
塗布し、これをセラミック基体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セラミック基体１の上
面中央部に所定のパターンに形成される。

【００１８】また、セラミック基体１の上面には凹部１
ｃを覆う略平板状のセラミック板２がセラミック基板１
の上面との間に密閉空間を形成するようにして可撓な状
態でセラミック基体１と焼結一体化されて接合されてい
る。セラミック板２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・ガラス−
セラミックス等のセラミックス材料から成る厚みが0.01
〜５ｍｍの略四角または略八角あるいは円形等の平板で
あり、外部の圧力に応じてセラミック基体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する。

【００１９】このようなセラミック板２は、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ブレード法を採用してシート状
に成形することによりセラミック板２用のセラミックグ
リーンシートを得、しかる後、このセラミックグリーン
シートに適当な打ち抜き加工や切断加工を施すとともに
セラミック基体１用の生セラミック成形体上に積層し、
これをセラミック基体１用の生セラミック成形体ととも
に約1600℃の温度で焼成し、セラミック基体１と焼結一
体化することにより製作される。

【００２０】なお、セラミック板２は、その厚みが0.01
ｍｍ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、５ｍ
ｍ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、絶縁板２の厚みは0.01〜５ｍｍの範囲が好まし
い。

【００２１】また、セラミック板２の下面には静電容量
形成用の略円形の第二メタライズ電極８が第一メタライ
ズ電極７と対向するようにして被着されている。この第
二メタライズ電極８は、前述の第一メタライズ電極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。そして、第二メタライズ電極８にはメタラ
イズ配線導体５の他の一つ５ｂが接続されており、それ
によりメタライズ配線導体５ｂに半導体素子３の電極を
半田バンプ６等の導電性接合材を介して接続すると半導
体素子３の電極と第二メタライズ電極８とが電気的に接
続されるようになっている。

【００２２】このとき、第一メタライズ電極７と第二メ
タライズ電極８とは、セラミック基体１とセラミック板
２との間に形成された密閉空間を挟んで対向しており、
これらの間には、第一メタライズ電極７や第二メタライ
ズ電極８の面積および第一メタライズ電極７と第二メタ
ライズ電極８との間隔に応じて所定の静電容量が形成さ
れる。そして、セラミック板２の上面に外部の圧力が印
加されると、その圧力に応じてセラミック板２がセラミ
ック基体１側に撓んで第一メタライズ電極７と第二メタ
ライズ電極８との間隔が変わり、それにより第一メタラ
イズ電極７と第二メタライズ電極８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。

【００２３】なお、第二メタライズ電極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セラ
ミック板２用のセラミックグリーンシートに印刷塗布
し、これをセラミック板２用のセラミックグリーンシー
トとともに焼成することによってセラミック板２の下面
に第一メタライズ電極７と対向する所定のパターンに形
成される。

【００２４】そして本発明においては、セラミック基板
１とセラミック板２とが焼結一体化されていることが重
要である。セラミック基体１とセラミック板２とが焼結
一体化されていることから、セラミック基体１とセラミ
ック板２とを接合するためのろう材を必要としない。し
たがって、第一メタライズ電極７と第二メタライズ電極
８との間にろう付けに起因する間隔のばらつきが発生し
たり第二メタライズ電極８にろう材が流出したりするこ
とは一切ない。そのため、第一メタライズ電極７と第二
メタライズ電極８との間に形成される静電容量に大きな
ばらつきが発生することはなく、外部の圧力を正確に検
出することが可能な圧力検出装置を提供することができ
る。また同時に、セラミック基体１とセラミック板２と
を焼結一体化することにより接合していることから、両
者をろう付けする工程を必要とせず、パッケージの製造
を極めて簡便なものとすることができる。

【００２５】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
るセラミック基体１の他方の主面に静電容量形成用の第
一メタライズ電極７を設けるとともに、この第一メタラ
イズ電極７に対向する静電容量形成用の第二メタライズ
電極８を内側面に有するセラミック板２をセラミック基
体１の他方の主面との間に密閉空間を形成するように可
撓な状態でセラミック基体１と焼結一体化することによ
り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、静電容量形成用の第一メ
タライズ電極７および第二メタライズ電極８を、セラミ
ック基体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、第一メタライズ
電極７および第二メタライズ電極８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。

【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１ｂ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が高く、しかも外部の圧力を
ばらつきなく正確に検出することが可能な圧力検出装置
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。

【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
が搭載されるセラミック基体の他方の主面に静電容量形
成用の第一メタライズ電極を設けるとともに、この第一
メタライズ電極に対向する静電容量形成用の第二メタラ
イズ電極を有するセラミック板をセラミック基体の他方
の主面との間に密閉空間を形成するように可撓な状態で
焼結一体化させて接合したことから、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。さらに、セラッミク基体とセラミ
ック板とが焼結一体化されていることから、第二メタラ
イズ電極に不要なろう材が付着したり、第一メタライズ
電極と第二メタライズ電極との間にろう付けに起因する
間隔のばらつきが発生することはなく、その結果、外部
の圧力をばらつきなく正確かつ感度良く検出することが
可能な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】従来の圧力検出装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１・・・・・セラミック基体 ２・・・・・セラミック板 ３・・・・・半導体素子 ７・・・・・第一メタライズ電極 ８・・・・・第二メタライズ電極

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
   載部を有するセラミック基体と、該セラミック基体の表
   面および内部に配設された、前記半導体素子の各電極が
   電気的に接続される複数のメタライズ配線導体と、前記
   セラミック基体の他方の主面との間に密閉空間を形成す
   るように可撓な状態で前記セラミック基体に焼結一体化
   されたセラミック板と、前記密閉空間内のセラミック基
   体表面に被着され、前記メタライズ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第一メタライズ電極
   と、前記セラミック板の内側面に前記第一メタライズ電
   極と対向するように被着され、前記メタライズ配線導体
   の他の一つに電気的に接続された静電容量形成用の第二
   メタライズ電極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。