JP2002310828A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】実働条件下の繰返し圧力負荷，温度変化に対し
て、信頼性の高い半導体圧力センサを提供することにあ
る。 【解決手段】被測定媒体の圧力変化を電気信号に変換す
る半導体チップ１と、半導体チップ１を収納する凹型部
１１と凹型部周辺から外部へ連通するリード端子７を有
する樹脂ケース４と、樹脂ケース４に半導体チップ１を
固定する保持部材３と、半導体チップ１とリード端子７
を電気的に接続するボンディングワイヤ５と、半導体チ
ップ１とボンディングワイヤ５の少なくとも一部を被覆
する被覆部材８とを有する。被覆部材８の針入度Ｈが１
５以上４０以下であり、半導体チップ１および保持部材
３と樹脂ケース４の凹型部との隙間の断面積をＳ（ｍｍ
2）としたとき、Ｓ≦０．３７Ｌｏｇe（０．６９Ｈ）を
満足させるようにしている。
て、信頼性の高い半導体圧力センサを提供することにあ
る。 【解決手段】被測定媒体の圧力変化を電気信号に変換す
る半導体チップ１と、半導体チップ１を収納する凹型部
１１と凹型部周辺から外部へ連通するリード端子７を有
する樹脂ケース４と、樹脂ケース４に半導体チップ１を
固定する保持部材３と、半導体チップ１とリード端子７
を電気的に接続するボンディングワイヤ５と、半導体チ
ップ１とボンディングワイヤ５の少なくとも一部を被覆
する被覆部材８とを有する。被覆部材８の針入度Ｈが１
５以上４０以下であり、半導体チップ１および保持部材
３と樹脂ケース４の凹型部との隙間の断面積をＳ（ｍｍ
2）としたとき、Ｓ≦０．３７Ｌｏｇe（０．６９Ｈ）を
満足させるようにしている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体圧力センサ
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体圧力センサは、例えば、
「富士時報、Ｖｏｌ．７３、Ｎｏ．８、（２０００）第
４６６頁から第４６８頁」に記載のように、被測定媒体
の圧力変化を電気信号に変換する半導体チップと、この
チップを収納する凹型部と凹型部周辺から外部へ連通す
るリード端子を有する樹脂ケースと、このケースに半導
体チップを固定する保持部材と、半導体チップとリード
端子を電気的に接続するボンディングワイヤを備えた構
成のものが知られている。更に、汚染媒体の半導体チッ
プの受圧面への付着や、半導体チップのＡｌ配線、ボン
ディングワイヤ等の腐食を防ぐために、半導体チップと
ボンディングワイヤの少なくとも一部をシリコーンゲル
等で被覆している。ここで、半導体チップを樹脂ケース
に直接接合すれば、使用環境下の温度変化で半導体チッ
プと樹脂ケースの熱膨張差に起因する熱応力が発生し、
圧力の測定精度が悪化するので、半導体チップは低熱膨
張率の保持部材に接合され、保持部材と樹脂ケースが接
着されるようになっている。
「富士時報、Ｖｏｌ．７３、Ｎｏ．８、（２０００）第
４６６頁から第４６８頁」に記載のように、被測定媒体
の圧力変化を電気信号に変換する半導体チップと、この
チップを収納する凹型部と凹型部周辺から外部へ連通す
るリード端子を有する樹脂ケースと、このケースに半導
体チップを固定する保持部材と、半導体チップとリード
端子を電気的に接続するボンディングワイヤを備えた構
成のものが知られている。更に、汚染媒体の半導体チッ
プの受圧面への付着や、半導体チップのＡｌ配線、ボン
ディングワイヤ等の腐食を防ぐために、半導体チップと
ボンディングワイヤの少なくとも一部をシリコーンゲル
等で被覆している。ここで、半導体チップを樹脂ケース
に直接接合すれば、使用環境下の温度変化で半導体チッ
プと樹脂ケースの熱膨張差に起因する熱応力が発生し、
圧力の測定精度が悪化するので、半導体チップは低熱膨
張率の保持部材に接合され、保持部材と樹脂ケースが接
着されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来構
造の半導体圧力センサについて、種々検討した結果、半
導体チップ、ボンディングワイヤを被覆する部材には、
シリコーンゲルなどを用いるが、針入度が大きいシリコ
ーンゲルを使用した場合、過酷環境を想定した作動耐久
試験の繰返し圧力負荷によって、ゲル内およびリード端
子と樹脂ケースの隙間に残存している気泡が膨張収縮
し、ボンディングワイヤに力を加え、ボンディングワイ
ヤが疲労損傷するという問題があった。一方、針入度の
小さいシリコーンゲルを用いた場合、過酷熱環境を想定
した熱衝撃試験の温度変化によって、半導体チップ、保
持部材と樹脂ケースの凹型部の隙間に充填されたシリコ
ーンゲルなどの被覆部材が膨張収縮してボンディングワ
イヤに力を加えるため、ボンディングワイヤが疲労損傷
するという問題があった。
造の半導体圧力センサについて、種々検討した結果、半
導体チップ、ボンディングワイヤを被覆する部材には、
シリコーンゲルなどを用いるが、針入度が大きいシリコ
ーンゲルを使用した場合、過酷環境を想定した作動耐久
試験の繰返し圧力負荷によって、ゲル内およびリード端
子と樹脂ケースの隙間に残存している気泡が膨張収縮
し、ボンディングワイヤに力を加え、ボンディングワイ
ヤが疲労損傷するという問題があった。一方、針入度の
小さいシリコーンゲルを用いた場合、過酷熱環境を想定
した熱衝撃試験の温度変化によって、半導体チップ、保
持部材と樹脂ケースの凹型部の隙間に充填されたシリコ
ーンゲルなどの被覆部材が膨張収縮してボンディングワ
イヤに力を加えるため、ボンディングワイヤが疲労損傷
するという問題があった。
【０００４】本発明の目的は、実働条件下の繰返し圧力
負荷，温度変化に対して、信頼性の高い半導体圧力セン
サを提供することにある。
負荷，温度変化に対して、信頼性の高い半導体圧力セン
サを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、被測定媒体の圧力変化を電気信号
に変換する半導体チップと、この半導体チップを収納す
る凹型部と凹型部周辺から外部へ連通するリード端子を
有する樹脂ケースと、この樹脂ケースに上記半導体チッ
プを固定する保持部材と、上記半導体チップと上記リー
ド端子を電気的に接続するボンディングワイヤと、上記
半導体チップと上記ボンディングワイヤの少なくとも一
部を被覆する被覆部材とを有する半導体圧力センサにお
いて、上記被覆部材の針入度Ｈが１５以上４０以下であ
り、半導体チップおよび保持部材と樹脂ケースの凹型部
との隙間の断面積をＳ（ｍｍ2）としたとき、Ｓ≦０．
３７Ｌｏｇe（０．６９Ｈ）を満足させるように構成し
たものである。かかる構成により、針入度の小さい被覆
部材を使用するため、繰返し圧力負荷によって被覆部材
および樹脂ケースとリード端子に残存する気泡が膨張す
る量が少なく、ボンディングワイヤの疲労損傷が起こり
にくく、また、半導体チップ、保持部材と樹脂ケースの
凹型部で仕切られた隙間の体積が小さいので、温度変化
によって生じる隙間内の被覆部材の膨張収縮量が少な
く、針入度が小さい被覆部材を用いてもボンディングワ
イヤの熱による疲労損傷が起こりにくく、実働条件下の
繰返し圧力負荷，温度変化に対して、信頼性を向上し得
るものとなる。
るために、本発明は、被測定媒体の圧力変化を電気信号
に変換する半導体チップと、この半導体チップを収納す
る凹型部と凹型部周辺から外部へ連通するリード端子を
有する樹脂ケースと、この樹脂ケースに上記半導体チッ
プを固定する保持部材と、上記半導体チップと上記リー
ド端子を電気的に接続するボンディングワイヤと、上記
半導体チップと上記ボンディングワイヤの少なくとも一
部を被覆する被覆部材とを有する半導体圧力センサにお
いて、上記被覆部材の針入度Ｈが１５以上４０以下であ
り、半導体チップおよび保持部材と樹脂ケースの凹型部
との隙間の断面積をＳ（ｍｍ2）としたとき、Ｓ≦０．
３７Ｌｏｇe（０．６９Ｈ）を満足させるように構成し
たものである。かかる構成により、針入度の小さい被覆
部材を使用するため、繰返し圧力負荷によって被覆部材
および樹脂ケースとリード端子に残存する気泡が膨張す
る量が少なく、ボンディングワイヤの疲労損傷が起こり
にくく、また、半導体チップ、保持部材と樹脂ケースの
凹型部で仕切られた隙間の体積が小さいので、温度変化
によって生じる隙間内の被覆部材の膨張収縮量が少な
く、針入度が小さい被覆部材を用いてもボンディングワ
イヤの熱による疲労損傷が起こりにくく、実働条件下の
繰返し圧力負荷，温度変化に対して、信頼性を向上し得
るものとなる。
【０００６】（２）上記（１）において、好ましくは、
上記被覆部材は、フッ素系あるいはフロロシリコーン系
のゲルで構成したものである。かかる構成により、被覆
部材がガソリンや軽油などに対して耐性があるゲルで構
成されているため、ガソリンあるいは軽油雰囲気などに
晒される場合でも問題無く使用でき、耐油性があり、か
つボンディングワイヤの疲労損傷が起こりにくいものと
なる。
上記被覆部材は、フッ素系あるいはフロロシリコーン系
のゲルで構成したものである。かかる構成により、被覆
部材がガソリンや軽油などに対して耐性があるゲルで構
成されているため、ガソリンあるいは軽油雰囲気などに
晒される場合でも問題無く使用でき、耐油性があり、か
つボンディングワイヤの疲労損傷が起こりにくいものと
なる。
【０００７】（３）上記（１）において、好ましくは、
上記ボンディングワイヤは、アルミあるいは金を主成分
とする材料により構成したものである。かかる構成によ
り、ボンディングワイヤが汎用的なアルミまたは金を主
成分とする材料で構成されているため、ボンディングワ
イヤに特別な材料や特別な加工、表面処理を加える必要
が無く、安価かつボンディングワイヤの疲労損傷が起こ
りにくいものとなる。
上記ボンディングワイヤは、アルミあるいは金を主成分
とする材料により構成したものである。かかる構成によ
り、ボンディングワイヤが汎用的なアルミまたは金を主
成分とする材料で構成されているため、ボンディングワ
イヤに特別な材料や特別な加工、表面処理を加える必要
が無く、安価かつボンディングワイヤの疲労損傷が起こ
りにくいものとなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、図１〜図６を用いて、本発
明の第１の実施形態による半導体圧力センサの構成につ
いて説明する。最初に、図１及び図２を用いて、本実施
形態による半導体圧力センサの第１の構造例について説
明する。図１は、本発明の第１の実施形態による半導体
圧力センサの第１の構造例を示す断面図である。図２
は、図１の斜視図である。
明の第１の実施形態による半導体圧力センサの構成につ
いて説明する。最初に、図１及び図２を用いて、本実施
形態による半導体圧力センサの第１の構造例について説
明する。図１は、本発明の第１の実施形態による半導体
圧力センサの第１の構造例を示す断面図である。図２
は、図１の斜視図である。
【０００９】図１及び図２に示すように、本実施形態に
よる半導体圧力センサは、半導体チップ１と、樹脂ケー
ス４と、保持部材３と、ボンディングワイヤ５と、被覆
部材８とを主構成部品としている。
よる半導体圧力センサは、半導体チップ１と、樹脂ケー
ス４と、保持部材３と、ボンディングワイヤ５と、被覆
部材８とを主構成部品としている。
【００１０】半導体チップ１は、シリコンから成る。半
導体チップ１は、中央部の下面をエッチング等により、
凹型状に形成され、中央部には、薄肉のダイヤフラム２
が形成されている。
導体チップ１は、中央部の下面をエッチング等により、
凹型状に形成され、中央部には、薄肉のダイヤフラム２
が形成されている。
【００１１】半導体チップ１の上面であって、ダイヤフ
ラム２の部分には、図示しない圧力検出回路が半導体プ
ロセスにより一体的に形成されている。圧力検出回路
は、ダイヤフラム２上に形成された４個の拡散抵抗から
成り、アルミ導体でブリッジに配線して構成され、被測
定媒体の圧力変化を電気信号に変換する。
ラム２の部分には、図示しない圧力検出回路が半導体プ
ロセスにより一体的に形成されている。圧力検出回路
は、ダイヤフラム２上に形成された４個の拡散抵抗から
成り、アルミ導体でブリッジに配線して構成され、被測
定媒体の圧力変化を電気信号に変換する。
【００１２】また、半導体チップ１の上面でダイヤフラ
ム以外の周辺部には、図示しない特性補償回路及び保護
回路が、半導体プロセスにより一体的に構成されてい
る。特性補償回路は、圧力と出力の関係を所定の伝達関
数に調整するデジ・アナ混成回路で構成されている。デ
ジ・アナ混成回路は、特性調整信号を記憶・保持するＥ
ＰＲＯＭを有したデジタル部と、信号増幅をするアナロ
グ部を主要部として構成されている。特性調整信号と
は、ゼロ−スパン調整，感度調整，温度特性調整のとき
に得られる各特性を調整するための係数値等の調整値で
ある。保護回路は、外部と接続される入出力段に設けら
れた入出力信号に対する電磁気ノイズ等からの保護を行
う回路である。圧力検出回路、特性調整回路及び保護回
路は、それぞれ、アルミ導線等で電気的に接続されてい
る。
ム以外の周辺部には、図示しない特性補償回路及び保護
回路が、半導体プロセスにより一体的に構成されてい
る。特性補償回路は、圧力と出力の関係を所定の伝達関
数に調整するデジ・アナ混成回路で構成されている。デ
ジ・アナ混成回路は、特性調整信号を記憶・保持するＥ
ＰＲＯＭを有したデジタル部と、信号増幅をするアナロ
グ部を主要部として構成されている。特性調整信号と
は、ゼロ−スパン調整，感度調整，温度特性調整のとき
に得られる各特性を調整するための係数値等の調整値で
ある。保護回路は、外部と接続される入出力段に設けら
れた入出力信号に対する電磁気ノイズ等からの保護を行
う回路である。圧力検出回路、特性調整回路及び保護回
路は、それぞれ、アルミ導線等で電気的に接続されてい
る。
【００１３】半導体チップ１は、保持部材３とアノーデ
ィックボンディング等で接合されている。半導体チップ
１と保持部材３により、チップクミを構成する。半導体
チップ１のダイヤフラム２の下面と、保持部材３の上面
に挟まれた部分には、真空室が設けられている。保持部
材３は、硼珪酸塩ガラス等から成り、半導体チップ１と
線膨張係数が略等しく構成されている。保持部材３は、
樹脂ケース４に半導体チップ１を固定するために用いら
れる。
ィックボンディング等で接合されている。半導体チップ
１と保持部材３により、チップクミを構成する。半導体
チップ１のダイヤフラム２の下面と、保持部材３の上面
に挟まれた部分には、真空室が設けられている。保持部
材３は、硼珪酸塩ガラス等から成り、半導体チップ１と
線膨張係数が略等しく構成されている。保持部材３は、
樹脂ケース４に半導体チップ１を固定するために用いら
れる。
【００１４】樹脂ケース４は、半導体チップ１を収納す
る凹型部１１と、凹型部１１の周辺から外部へ連通する
リード端子７を有している。半導体チップ１の接合され
た保持部材３は、接着剤９によって、樹脂ケース４に接
着固定される。
る凹型部１１と、凹型部１１の周辺から外部へ連通する
リード端子７を有している。半導体チップ１の接合され
た保持部材３は、接着剤９によって、樹脂ケース４に接
着固定される。
【００１５】ボンディングワイヤ５は、半導体チップ１
とリード端子７を電気的に接続する。被覆部材８は、半
導体チップ１とボンディングワイヤ５の少なくとも一部
を被覆するためのものである。被覆部材８は、例えば、
フッ素系あるいはフロロシリコーン系のゲルからなる。
ボンディングワイヤ５は、汎用的なアルミまたは金を主
成分とする材料からなる。
とリード端子７を電気的に接続する。被覆部材８は、半
導体チップ１とボンディングワイヤ５の少なくとも一部
を被覆するためのものである。被覆部材８は、例えば、
フッ素系あるいはフロロシリコーン系のゲルからなる。
ボンディングワイヤ５は、汎用的なアルミまたは金を主
成分とする材料からなる。
【００１６】半導体チップ１および保持部材３と樹脂ケ
ース４の凹型部１１の間には、隙間１０が形成されてお
り、ボンディングワイヤ５は、隙間１０をまたいでリー
ド端子７に接続されている。図１に示すように、樹脂ケ
ースの平面部４ａと半導体チップ表面１ａは、略同一の
平面上に構成されている。ボンディングワイヤのスパン
間隔が長いと、振動環境下でボンディングワイヤが疲労
損傷することがあるが、図１のように樹脂ケースの平面
部４ａと半導体チップ１の表面を略同一平面となるよう
に半導体圧力センサを構成すれば、ボンディングワイヤ
のスパン間隔を短くできるため、振動に対して信頼性の
高い半導体圧力センサを実現できる。
ース４の凹型部１１の間には、隙間１０が形成されてお
り、ボンディングワイヤ５は、隙間１０をまたいでリー
ド端子７に接続されている。図１に示すように、樹脂ケ
ースの平面部４ａと半導体チップ表面１ａは、略同一の
平面上に構成されている。ボンディングワイヤのスパン
間隔が長いと、振動環境下でボンディングワイヤが疲労
損傷することがあるが、図１のように樹脂ケースの平面
部４ａと半導体チップ１の表面を略同一平面となるよう
に半導体圧力センサを構成すれば、ボンディングワイヤ
のスパン間隔を短くできるため、振動に対して信頼性の
高い半導体圧力センサを実現できる。
【００１７】次に、図３及び図４を用いて、本実施形態
による半導体圧力センサの第２，第３の構造例について
説明する。図３は、本発明の第１の実施形態による半導
体圧力センサの第２の構造例を示す断面図である。図４
は、本発明の第１の実施形態による半導体圧力センサの
第３の構造例を示す断面図である。なお、図１と同一符
号は、同一部分を示している。
による半導体圧力センサの第２，第３の構造例について
説明する。図３は、本発明の第１の実施形態による半導
体圧力センサの第２の構造例を示す断面図である。図４
は、本発明の第１の実施形態による半導体圧力センサの
第３の構造例を示す断面図である。なお、図１と同一符
号は、同一部分を示している。
【００１８】図３および図４に示す半導体圧力センサに
おいては、図１に示した構成と異なり、樹脂ケースの平
面部４ａと半導体チップ表面１ａが同一平面上に構成さ
れていないものである。半導体チップ１および保持部材
３と樹脂ケース４の凹型部１１の間には隙間１０が形成
されており、ボンディングワイヤ５は前記隙間１０をま
たいでリード端子７に接続されている。
おいては、図１に示した構成と異なり、樹脂ケースの平
面部４ａと半導体チップ表面１ａが同一平面上に構成さ
れていないものである。半導体チップ１および保持部材
３と樹脂ケース４の凹型部１１の間には隙間１０が形成
されており、ボンディングワイヤ５は前記隙間１０をま
たいでリード端子７に接続されている。
【００１９】図３に示す半導体圧力センサでは、樹脂ケ
ースの凹型部を浅くできるため、繰返し温度変化に対し
てボンディングワイヤの疲労損傷が生じにくい。また、
図４に示すの半導体圧力センサでは、半導体チップから
離れた箇所にリード端子を配設するため、樹脂ケースと
リード端子の隙間に残存する気泡が繰返し圧力負荷によ
り膨張収縮し、圧力の測定精度を悪化させることがない
ものである。
ースの凹型部を浅くできるため、繰返し温度変化に対し
てボンディングワイヤの疲労損傷が生じにくい。また、
図４に示すの半導体圧力センサでは、半導体チップから
離れた箇所にリード端子を配設するため、樹脂ケースと
リード端子の隙間に残存する気泡が繰返し圧力負荷によ
り膨張収縮し、圧力の測定精度を悪化させることがない
ものである。
【００２０】図１，図３，図４に示した構成の本実施形
態の半導体圧力センサにおいては、針入度Ｈが１５以上
４０以下のゲルを使用することにより、被覆部材８およ
び樹脂ケース４とリード端子７に残存する気泡が圧力負
荷時に膨張する量を少なくできる。また、半導体チップ
１および保持部材３と樹脂ケース４の凹型部１１との隙
間の断面積をＳ（ｍｍ2）としたとき、 Ｓ≦０．３７Ｌｏｇe（０．６９Ｈ） を満足させるように構成することにより、温度変化によ
って生じる隙間内のゲルの膨張収縮量を少なくできる。
このように、圧力負荷時の気泡の膨張量および温度変化
によるゲルの膨張収縮量を少なくすることにより、ボン
ディングワイヤの疲労寿命が向上し、結果的に半導体圧
力センサの信頼性が向上する。
態の半導体圧力センサにおいては、針入度Ｈが１５以上
４０以下のゲルを使用することにより、被覆部材８およ
び樹脂ケース４とリード端子７に残存する気泡が圧力負
荷時に膨張する量を少なくできる。また、半導体チップ
１および保持部材３と樹脂ケース４の凹型部１１との隙
間の断面積をＳ（ｍｍ2）としたとき、 Ｓ≦０．３７Ｌｏｇe（０．６９Ｈ） を満足させるように構成することにより、温度変化によ
って生じる隙間内のゲルの膨張収縮量を少なくできる。
このように、圧力負荷時の気泡の膨張量および温度変化
によるゲルの膨張収縮量を少なくすることにより、ボン
ディングワイヤの疲労寿命が向上し、結果的に半導体圧
力センサの信頼性が向上する。
【００２１】ここで、図５を用いて、本実施形態による
半導体圧力センサにおいて用いるゲルの針入度Ｈについ
て説明し、図６を用いて、本実施形態による半導体圧力
センサにおける凹型部の隙間の断面積Ｓについて説明す
る。
半導体圧力センサにおいて用いるゲルの針入度Ｈについ
て説明し、図６を用いて、本実施形態による半導体圧力
センサにおける凹型部の隙間の断面積Ｓについて説明す
る。
【００２２】図１，図３及び図４に示す構成の半導体圧
力センサにおいて、圧力負荷時にゲル内の気泡の成長に
よってボンディングワイヤに生じる力Ｆpは、ゲルの針
入度Ｈおよび繰返し圧力負荷の振幅Ｐに比例することか
ら、ボンディングワイヤに作用する力Ｆpは、 Ｆp＝ｂ・Ｐ・Ｈ となる。ただし、ｂは、樹脂ケース，保持部材およびリ
ード端子の構造などにより決まる定数である。
力センサにおいて、圧力負荷時にゲル内の気泡の成長に
よってボンディングワイヤに生じる力Ｆpは、ゲルの針
入度Ｈおよび繰返し圧力負荷の振幅Ｐに比例することか
ら、ボンディングワイヤに作用する力Ｆpは、 Ｆp＝ｂ・Ｐ・Ｈ となる。ただし、ｂは、樹脂ケース，保持部材およびリ
ード端子の構造などにより決まる定数である。
【００２３】ボンディングワイヤに作用する力とワイヤ
の疲労寿命は、１対１に対応するため、ゲルの針入度お
よび圧力負荷の振幅Ｐがわかれば、ボンディングワイヤ
の疲労寿命が把握できる。半導体圧力センサの繰返し圧
力負荷に対する信頼性を確認する作動耐久試験におい
て、本発明者らは、圧力振幅Ｐ＝２５０ＫＰａを用いて
おり、このような作動耐久試験においてゲルの針入度Ｈ
と前記手順に沿って計算したワイヤの疲労寿命の関係
は、図５に示すようになる。ここで、図５の横軸は、繰
返し圧力負荷に対して十分な信頼性を有するか否かのし
きい値となる疲労寿命で正規化した疲労寿命である。
の疲労寿命は、１対１に対応するため、ゲルの針入度お
よび圧力負荷の振幅Ｐがわかれば、ボンディングワイヤ
の疲労寿命が把握できる。半導体圧力センサの繰返し圧
力負荷に対する信頼性を確認する作動耐久試験におい
て、本発明者らは、圧力振幅Ｐ＝２５０ＫＰａを用いて
おり、このような作動耐久試験においてゲルの針入度Ｈ
と前記手順に沿って計算したワイヤの疲労寿命の関係
は、図５に示すようになる。ここで、図５の横軸は、繰
返し圧力負荷に対して十分な信頼性を有するか否かのし
きい値となる疲労寿命で正規化した疲労寿命である。
【００２４】図５に示すように、ゲルの針入度Ｈが４０
のとき、正規化された疲労寿命が１となることから、ゲ
ルの針入度Ｈを４０以下とすれば、繰返し圧力負荷に対
して十分な信頼性を有する半導体圧力センサが構成でき
ることがわかる。
のとき、正規化された疲労寿命が１となることから、ゲ
ルの針入度Ｈを４０以下とすれば、繰返し圧力負荷に対
して十分な信頼性を有する半導体圧力センサが構成でき
ることがわかる。
【００２５】また、図１，図３及び図４に示す構成の半
導体圧力センサにおいて、半導体チップ、保持部材と樹
脂ケースの凹型部の隙間から、温度上昇によって外部に
移動するゲルの断面積ΔＳは、ゲルの線膨張係数が樹脂
ケースの線膨張係数より十分大きいとき、 ΔＳ＝２αｇ・ΔＴ・Ｓ となる。ただし、αｇはゲルの線膨張係数、ΔＴは温度
変化量、Ｓは隙間の断面積である。
導体圧力センサにおいて、半導体チップ、保持部材と樹
脂ケースの凹型部の隙間から、温度上昇によって外部に
移動するゲルの断面積ΔＳは、ゲルの線膨張係数が樹脂
ケースの線膨張係数より十分大きいとき、 ΔＳ＝２αｇ・ΔＴ・Ｓ となる。ただし、αｇはゲルの線膨張係数、ΔＴは温度
変化量、Ｓは隙間の断面積である。
【００２６】ボンディングワイヤに作用する力Ｆｔは、
隙間内部から外部（低温時は外部から内部）に移動する
ゲルの断面積ΔＳに比例するから、ボンディングワイヤ
に作用する力Ｆｔは、 Ｆｔ＝ａ・ΔＳ＝ａ・２αｇ・ΔＴ・Ｓ となる。ただし、ａはゲルの材質などにより決まる定数
である。
隙間内部から外部（低温時は外部から内部）に移動する
ゲルの断面積ΔＳに比例するから、ボンディングワイヤ
に作用する力Ｆｔは、 Ｆｔ＝ａ・ΔＳ＝ａ・２αｇ・ΔＴ・Ｓ となる。ただし、ａはゲルの材質などにより決まる定数
である。
【００２７】ボンディングワイヤに作用する力とワイヤ
の疲労寿命は、１対１に対応するため、ゲルおよび温度
変化量がわかれば、隙間の断面積Ｓが定まればワイヤの
疲労寿命が把握できる。半導体圧力センサの熱に対する
信頼性を確認する熱衝撃試験において、本発明者らは、
温度変化量ΔＴ＝１７０℃を用いており、前記手順に沿
って計算すれば、このような熱衝撃試験でのワイヤの疲
労寿命が求められる。ゲルの針入度Ｈと半導体チップ、
保持部材と樹脂ケースの凹型部で仕切られた断面積Ｓを
様々に変化させて熱衝撃試験に対する疲労寿命を求め、
その疲労寿命が繰返し熱負荷に対して十分な信頼性を有
するか否かのしきい値となる規定の疲労寿命と一致する
針入度Ｈと断面積Ｓ（ｍｍ2）の関係を整理すると、図
６のようになる。
の疲労寿命は、１対１に対応するため、ゲルおよび温度
変化量がわかれば、隙間の断面積Ｓが定まればワイヤの
疲労寿命が把握できる。半導体圧力センサの熱に対する
信頼性を確認する熱衝撃試験において、本発明者らは、
温度変化量ΔＴ＝１７０℃を用いており、前記手順に沿
って計算すれば、このような熱衝撃試験でのワイヤの疲
労寿命が求められる。ゲルの針入度Ｈと半導体チップ、
保持部材と樹脂ケースの凹型部で仕切られた断面積Ｓを
様々に変化させて熱衝撃試験に対する疲労寿命を求め、
その疲労寿命が繰返し熱負荷に対して十分な信頼性を有
するか否かのしきい値となる規定の疲労寿命と一致する
針入度Ｈと断面積Ｓ（ｍｍ2）の関係を整理すると、図
６のようになる。
【００２８】図６に示す曲線は、 Ｓ＝０．３７Ｌｏｇe（０．６９Ｈ） で表わされるので、 Ｓ≦０．３７Ｌｏｇe（０．６９Ｈ） を満足するゲルの針入度Ｈと隙間１０の断面積Ｓでは、
規定の疲労寿命を満足する半導体圧力センサが構成でき
ることがわかる。
規定の疲労寿命を満足する半導体圧力センサが構成でき
ることがわかる。
【００２９】また、ゲルの針入度が１５以下では、針入
度の変化によって規定の疲労寿命を満足する断面積Ｓが
大きく変化するため、規定の疲労寿命を満足する半導体
圧力センサを構成し難いことがわかる。
度の変化によって規定の疲労寿命を満足する断面積Ｓが
大きく変化するため、規定の疲労寿命を満足する半導体
圧力センサを構成し難いことがわかる。
【００３０】以上から、図１，図３及び図４に示した実
施形態の半導体圧力センサは、ゲルの針入度Ｈを１５以
上４０以下とし、半導体チップ、保持部材と樹脂ケース
で仕切られた隙間の断面積Ｓ（ｍｍ2）が、 Ｓ≦０．３７Ｌｏｇe（０．６９Ｈ） を満足するようにしている。かかる特徴により、温度変
化によって生じる隙間内のゲルの膨張収縮量を少なくで
きる。このように、圧力負荷時の気泡の膨張量および温
度変化によるゲルの膨張収縮量を少なくすることによ
り、ボンディングワイヤの疲労寿命が向上し、結果的に
半導体圧力センサの信頼性が向上する。
施形態の半導体圧力センサは、ゲルの針入度Ｈを１５以
上４０以下とし、半導体チップ、保持部材と樹脂ケース
で仕切られた隙間の断面積Ｓ（ｍｍ2）が、 Ｓ≦０．３７Ｌｏｇe（０．６９Ｈ） を満足するようにしている。かかる特徴により、温度変
化によって生じる隙間内のゲルの膨張収縮量を少なくで
きる。このように、圧力負荷時の気泡の膨張量および温
度変化によるゲルの膨張収縮量を少なくすることによ
り、ボンディングワイヤの疲労寿命が向上し、結果的に
半導体圧力センサの信頼性が向上する。
【００３１】ここで、図７を用いて、本発明の第１の実
施形態による半導体圧力センサの第４の構造例について
説明する。図７は、本発明の第１の実施形態による半導
体圧力センサの第４の構造例を示す断面図である。な
お、図１と同一符号は、同一部分を示している。
施形態による半導体圧力センサの第４の構造例について
説明する。図７は、本発明の第１の実施形態による半導
体圧力センサの第４の構造例を示す断面図である。な
お、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００３２】本例では、保持部材３と樹脂ケース４に、
圧力導入孔１２が形成されている。圧力導入孔１２を通
して、半導体チップ１の感圧ダイヤフラム２に検出圧力
が導入される。なお、図３や図４に示した樹脂ケースの
平面部４ａと半導体チップ表面１ａが同一平面上に構成
されていない半導体圧力センサにおいても、保持部材３
と樹脂ケース４に圧力導入孔を設けることにより、圧力
導入方式が採用できる。
圧力導入孔１２が形成されている。圧力導入孔１２を通
して、半導体チップ１の感圧ダイヤフラム２に検出圧力
が導入される。なお、図３や図４に示した樹脂ケースの
平面部４ａと半導体チップ表面１ａが同一平面上に構成
されていない半導体圧力センサにおいても、保持部材３
と樹脂ケース４に圧力導入孔を設けることにより、圧力
導入方式が採用できる。
【００３３】次に、図８及び図９を用いて、本実施形態
による半導体圧力センサの製造方法について説明する。
図８及び図９は、本発明の第１の実施形態による半導体
圧力センサの製造方法を示す工程図である。なお、ここ
では、図１に示した構成の半導体圧力センサの製造工程
について説明するが、図３，図４，図７の半導体圧力セ
ンサについても、同様に製造することができる。なお、
図１と同一符号は、同一部分を示している。
による半導体圧力センサの製造方法について説明する。
図８及び図９は、本発明の第１の実施形態による半導体
圧力センサの製造方法を示す工程図である。なお、ここ
では、図１に示した構成の半導体圧力センサの製造工程
について説明するが、図３，図４，図７の半導体圧力セ
ンサについても、同様に製造することができる。なお、
図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００３４】図８に示すように、ガラス台からなる保持
部材３と樹脂ケース４を接着するための接着剤９を、樹
脂ケース４に塗布する。この工程において、半導体チッ
プ１と保持部材３から成るセンサ部を樹脂ケース４に接
着したときに、図９に示すように、保持部材３と樹脂ケ
ース４の隙間１０が接着剤９で充填されるように、接着
剤９の塗付量を設定する。このような製造方法では、工
程数を増加させることなく、保持部材３と樹脂ケース４
の凹型部に仕切られた隙間１０を接着剤で埋めることが
できるため、ゲルで充填される隙間の断面積が小さい半
導体圧力センサが実現できる。
部材３と樹脂ケース４を接着するための接着剤９を、樹
脂ケース４に塗布する。この工程において、半導体チッ
プ１と保持部材３から成るセンサ部を樹脂ケース４に接
着したときに、図９に示すように、保持部材３と樹脂ケ
ース４の隙間１０が接着剤９で充填されるように、接着
剤９の塗付量を設定する。このような製造方法では、工
程数を増加させることなく、保持部材３と樹脂ケース４
の凹型部に仕切られた隙間１０を接着剤で埋めることが
できるため、ゲルで充填される隙間の断面積が小さい半
導体圧力センサが実現できる。
【００３５】ここで、図１０を用いて、本発明の第１の
実施形態による半導体圧力センサの第５の構造例につい
て説明する。図１０は、本発明の第１の実施形態による
半導体圧力センサの第５の構造例を示す断面図である。
なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
実施形態による半導体圧力センサの第５の構造例につい
て説明する。図１０は、本発明の第１の実施形態による
半導体圧力センサの第５の構造例を示す断面図である。
なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００３６】本例の半導体圧力センサは、樹脂ケース４
の内面に金属板１３を埋設し、金属板１３に保持部材３
を接着した構成としている。本例の半導体圧力センサで
は、金属板１３が樹脂ケース４の熱変形によるチップの
ひずみの影響を低減するため、保持部材３のガラス台の
厚さを薄く、すなわち半導体チップ１、保持部材３と樹
脂ケースの凹型部で仕切られた隙間１０の体積を小さく
できる。
の内面に金属板１３を埋設し、金属板１３に保持部材３
を接着した構成としている。本例の半導体圧力センサで
は、金属板１３が樹脂ケース４の熱変形によるチップの
ひずみの影響を低減するため、保持部材３のガラス台の
厚さを薄く、すなわち半導体チップ１、保持部材３と樹
脂ケースの凹型部で仕切られた隙間１０の体積を小さく
できる。
【００３７】図７に示したような保持部材と樹脂ケース
に圧力導入孔１２を有する半導体圧力センサに対して
は、金属板を埋設した場合、金属板１３に貫通孔を設け
ることにより、同様の圧力導入方式を保持しつつ、隙間
１０の断面積Ｓを小さくできる。
に圧力導入孔１２を有する半導体圧力センサに対して
は、金属板を埋設した場合、金属板１３に貫通孔を設け
ることにより、同様の圧力導入方式を保持しつつ、隙間
１０の断面積Ｓを小さくできる。
【００３８】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、実働条件下の繰返し圧力負荷，温度変化に対して、
信頼性を向上することができる。
ば、実働条件下の繰返し圧力負荷，温度変化に対して、
信頼性を向上することができる。
【００３９】次に、図１１〜図１３を用いて、本発明の
第２の実施形態による半導体圧力センサの構成について
説明する。最初に、図１１及び図１２を用いて、本実施
形態による半導体圧力センサの第１の構造例について説
明する。図１１は、本発明の第２の実施形態による半導
体圧力センサの第１の構造例を示す断面図である。図１
２は、図１１の斜視図である。なお、図１，図７と同一
符号は、同一部分を示している。
第２の実施形態による半導体圧力センサの構成について
説明する。最初に、図１１及び図１２を用いて、本実施
形態による半導体圧力センサの第１の構造例について説
明する。図１１は、本発明の第２の実施形態による半導
体圧力センサの第１の構造例を示す断面図である。図１
２は、図１１の斜視図である。なお、図１，図７と同一
符号は、同一部分を示している。
【００４０】本例では、図７に示した半導体圧力センサ
と同様に保持部材３と樹脂ケース４に圧力導入孔１２を
備えている。本例の半導体圧力センサでは、半導体チッ
プ１の対向する２辺にボンディングワイヤ５を配設して
構成している。なお、対向する２辺にボンディングワイ
ヤを配置するのでなく、半導体チップ１の隣合う２辺、
任意の３辺および全辺にボンディングワイヤを配設する
こともできる。
と同様に保持部材３と樹脂ケース４に圧力導入孔１２を
備えている。本例の半導体圧力センサでは、半導体チッ
プ１の対向する２辺にボンディングワイヤ５を配設して
構成している。なお、対向する２辺にボンディングワイ
ヤを配置するのでなく、半導体チップ１の隣合う２辺、
任意の３辺および全辺にボンディングワイヤを配設する
こともできる。
【００４１】次に、図１３を用いて、本実施形態による
半導体圧力センサの第２の構造例について説明する。図
１３は、本発明の第２の実施形態による半導体圧力セン
サの第２の構造例を示す断面図である。なお、図１１と
同一符号は、同一部分を示している。
半導体圧力センサの第２の構造例について説明する。図
１３は、本発明の第２の実施形態による半導体圧力セン
サの第２の構造例を示す断面図である。なお、図１１と
同一符号は、同一部分を示している。
【００４２】本例では、図１に示した半導体圧力センサ
と同様に、圧力導入孔を保持部材と樹脂ケースに設けな
い構成を有している。なお、対向する２辺にボンディン
グワイヤを配置するのでなく、半導体チップ１の隣合う
２辺、任意の３辺および全辺にボンディングワイヤを配
設することもできる。
と同様に、圧力導入孔を保持部材と樹脂ケースに設けな
い構成を有している。なお、対向する２辺にボンディン
グワイヤを配置するのでなく、半導体チップ１の隣合う
２辺、任意の３辺および全辺にボンディングワイヤを配
設することもできる。
【００４３】ここで、半導体チップの多辺にボンディン
グワイヤを配設した本実施形態の半導体圧力センサは、
ゲルの針入度をＨとしたとき、半導体チップ１、保持部
材３と樹脂ケース４の凹型部１１に仕切られた隙間１０
のうち、ボンディングワイヤ５がまたいでいる全ての隙
間の断面積Ｓ（ｍｍ2）が Ｓ≦０．３７Ｌｏｇe（０．６９Ｈ） を満足するように構成し、被覆部材の針入度を１５以上
４０以下としている。
グワイヤを配設した本実施形態の半導体圧力センサは、
ゲルの針入度をＨとしたとき、半導体チップ１、保持部
材３と樹脂ケース４の凹型部１１に仕切られた隙間１０
のうち、ボンディングワイヤ５がまたいでいる全ての隙
間の断面積Ｓ（ｍｍ2）が Ｓ≦０．３７Ｌｏｇe（０．６９Ｈ） を満足するように構成し、被覆部材の針入度を１５以上
４０以下としている。
【００４４】図３や図４に示した樹脂ケースの平面部４
ａと半導体チップ表面１ａが同一平面上に構成されてい
ない半導体圧力センサにおいても、半導体チップの多辺
にボンディングワイヤを配設することにより、同様の配
線が採用できる。
ａと半導体チップ表面１ａが同一平面上に構成されてい
ない半導体圧力センサにおいても、半導体チップの多辺
にボンディングワイヤを配設することにより、同様の配
線が採用できる。
【００４５】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、実働条件下の繰返し圧力負荷，温度変化に対して、
信頼性を向上することができる。
ば、実働条件下の繰返し圧力負荷，温度変化に対して、
信頼性を向上することができる。
【００４６】
【発明の効果】本発明によれば、実働条件下の繰返し圧
力負荷，温度変化に対して、信頼性を向上することがで
きる。
力負荷，温度変化に対して、信頼性を向上することがで
きる。
【図１】本発明の第１の実施形態による半導体圧力セン
サの第１の構造例を示す断面図である。
サの第１の構造例を示す断面図である。
【図２】図１の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による半導体圧力セン
サの第２の構造例を示す断面図である。
サの第２の構造例を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による半導体圧力セン
サの第３の構造例を示す断面図である。
サの第３の構造例を示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による半導体圧力セン
サにおいて用いるゲルの針入度Ｈの説明図である。
サにおいて用いるゲルの針入度Ｈの説明図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による半導体圧力セン
サにおける凹型部の隙間の断面積Ｓの説明図である。
サにおける凹型部の隙間の断面積Ｓの説明図である。
【図７】本発明の第１の実施形態による半導体圧力セン
サの第４の構造例を示す断面図である。
サの第４の構造例を示す断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態による半導体圧力セン
サの製造方法を示す工程図である。
サの製造方法を示す工程図である。
【図９】本発明の第１の実施形態による半導体圧力セン
サの製造方法を示す工程図である。
サの製造方法を示す工程図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態による半導体圧力セ
ンサの第５の構造例を示す断面図である。
ンサの第５の構造例を示す断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態による半導体圧力セ
ンサの第１の構造例を示す断面図である。
ンサの第１の構造例を示す断面図である。
【図１２】図１１の斜視図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態による半導体圧力セ
ンサの第２の構造例を示す断面図である。
ンサの第２の構造例を示す断面図である。
１…半導体チップ １ａ…半導体チップ表面 ２…感圧ダイヤフラム ３…保持部材 ４…樹脂ケース ４ａ…樹脂ケース平面部 ５…ボンディングワイヤ ６…チップ側電極パッド ７…リード端子 ８…被覆部材 ９…接着剤 １０…隙間 １１…凹型部 １２…圧力導入孔 １３…金属板
フロントページの続き (72)発明者 成瀬 友博 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 服部 敏雄 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 宮崎 敦史 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 加藤 和之 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 斉藤 和典 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 篠田 茂 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB01 CC02 DD04 DD11 DD19 EE13 FF01 FF23 FF38 GG01 GG11 HH11 4M112 AA01 CA01 CA10 CA12 CA13 CA15 EA03 EA11 FA07 GA01
Claims (3)
- 【請求項１】被測定媒体の圧力変化を電気信号に変換す
る半導体チップと、 この半導体チップを収納する凹型部と凹型部周辺から外
部へ連通するリード端子を有する樹脂ケースと、 この樹脂ケースに上記半導体チップを固定する保持部材
と、 上記半導体チップと上記リード端子を電気的に接続する
ボンディングワイヤと、 上記半導体チップと上記ボンディングワイヤの少なくと
も一部を被覆する被覆部材とを有する半導体圧力センサ
において、 上記被覆部材の針入度Ｈが１５以上４０以下であり、 半導体チップおよび保持部材と樹脂ケースの凹型部との
隙間の断面積をＳ（ｍｍ2）としたとき、 Ｓ≦０．３７Ｌｏｇe（０．６９Ｈ） を満足させるように構成したことを特徴とする半導体圧
力センサ。 - 【請求項２】請求項１記載の半導体圧力センサにおい
て、 上記被覆部材は、フッ素系あるいはフロロシリコーン系
のゲルで構成されることを特徴とする半導体圧力セン
サ。 - 【請求項３】請求項１記載の半導体圧力センサにおい
て、 上記ボンディングワイヤは、アルミあるいは金を主成分
とする材料により構成されることを特徴とする半導体圧
力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001120719A JP2002310828A (ja) | 2001-04-19 | 2001-04-19 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001120719A JP2002310828A (ja) | 2001-04-19 | 2001-04-19 | 半導体圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002310828A true JP2002310828A (ja) | 2002-10-23 |
Family
ID=18970714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001120719A Pending JP2002310828A (ja) | 2001-04-19 | 2001-04-19 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002310828A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005181065A (ja) * | 2003-12-18 | 2005-07-07 | Denso Corp | 半導体圧力センサ装置 |
| JP2006035423A (ja) * | 2004-07-28 | 2006-02-09 | Robert Bosch Gmbh | 統合されたヒータを有するマイクロマシニング型の装置 |
| JP2010107366A (ja) * | 2008-10-30 | 2010-05-13 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 半導体圧力センサ |
| JP2016183943A (ja) * | 2015-03-27 | 2016-10-20 | 株式会社フジクラ | 半導体圧力センサ |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05291590A (ja) * | 1992-04-16 | 1993-11-05 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体圧力センサ |
| JPH07294352A (ja) * | 1994-04-28 | 1995-11-10 | Fuji Electric Co Ltd | 樹脂パッケージ形半導体圧力センサ |
| JPH0943076A (ja) * | 1995-07-31 | 1997-02-14 | Denso Corp | 圧力センサ |
| JPH11304619A (ja) * | 1998-04-24 | 1999-11-05 | Denso Corp | 半導体圧力センサ装置 |
| JP2001099737A (ja) * | 1999-10-04 | 2001-04-13 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 圧力センサー装置 |
-
2001
- 2001-04-19 JP JP2001120719A patent/JP2002310828A/ja active Pending
Patent Citations (5)
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