JP2002350260A - 半導体圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】温度特性及び耐環境性を向上した半導体圧力セ
ンサを提供する。 【解決手段】センサチップ５とパッケージ１とを備え、
センサチップ５の裏面をパッケージ１の搭載面に略対向
させ、センサチップ５の裏面一辺側のみを前記搭載面に
接着するとともに、接着部分を除くセンサチップ５裏面
と前記搭載面との間に隙間を空けてセンサチップ５をパ
ッケージ１に搭載する。パッケージ１に対してセンサチ
ップ５が片持ち梁形状となって、温度環境変化によるパ
ッケージ１からの応力をセンサチップ５に伝わり難くし
て、温度特性及び耐環境性を向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体圧力センサ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、図８及び図９（ａ），（ｂ）
に示すように、撓み自在に形成されたダイアフラム部９
を有する単結晶シリコンからなる半導体基板６を具備し
て、外部からの圧力により生じるダイアフラム部９の撓
みに応じて電気信号を出力するセンサチップ５と、セン
サチップ５が搭載されるパッケージ１とを備えた半導体
圧力センサが提供されている。

【０００３】ダイアフラム部９は、異方性エッチング技
術などを利用して半導体基板６の裏面側に彫り込み部４
を設けることによって形成されている。ここにおいて、
彫り込み部４は、半導体基板６の厚み方向の主表面側ほ
ど（図９（ｂ）における上側ほど）開口面積が小さくな
っている。要するに、彫り込み部４は、断面台形状に形
成されている。

【０００４】ダイアフラム部９の主表面側には、４つの
ピエゾ抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が形成されている。
ここにおいて、４つのピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４は図示しな
い配線によりブリッジ接続されており、ピエゾ抵抗Ｒ
１，Ｒ３がブリッジの対角に位置し、ピエゾ抵抗Ｒ２，
Ｒ４がブリッジの対角に位置して、各ピエゾ抵抗Ｒ１〜
Ｒ４には同一方向の電流が流れる。さらにピエゾ抵抗Ｒ
１〜Ｒ４はダイアフラム部９表面の応力が最大となる位
置に構成されている。ここで、各ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４
はダイアフラム部９の撓みに応じて抵抗値が変化するの
で、上述のようにピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４がブリッジ接続
された回路を用いてホイーストンブリッジを構成するこ
とで、ダイアフラム部９の撓みに応じて前記ブリッジ回
路からの出力が変化し、ダイアフラム部９の撓みを検出
することができる。

【０００５】一方、半導体基板６裏面側には彫り込み部
４を真空密閉するようにガラス台座７が接合されてお
り、密閉された彫り込み部４は、絶対圧式の半導体圧力
センサにおける圧力基準室として機能する。ここで、ガ
ラス台座７の材質には、パッケージ１などからの熱応力
を緩和するために、半導体基板６と熱膨張係数の近似す
る材料が選択されている。

【０００６】上述の半導体基板６とガラス台座７とから
全体的に略矩形状のセンサチップ５が構成され、このセ
ンサチップ５は、金属端子２を有して一部が開放された
パッケージ１内部に搭載される。

【０００７】センサチップ５がパッケージ１内に搭載さ
れたときは、センサチップ５は、パッケージ１内部の底
面である搭載面の略中央部に位置するとともに、センサ
チップ５におけるガラス台座７の半導体基板１と反対側
の裏面が、パッケージ１の前記搭載面に略対向した状態
で、接着剤８’により接着される。そしてさらに、セン
サチップ５の電極が金属ワイヤー３でパッケージ１の金
属端子２に接続される。

【０００８】このような半導体圧力センサでは、外部と
密閉された彫り込み部４との圧力差に応じてダイアフラ
ム部９が撓み、この撓みに応じたピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４
のブリッジ回路からの電気信号が、金属ワイヤー３及び
パッケージ１の金属端子２を介して外部に出力される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の半導体圧力センサでは、センサチップ５の裏面全体
が接着剤８’で接着されているので、温度環境が変化す
るときには、上述のようにガラス台座７の材質を半導体
基板６に近似した材質としたところで、半導体基板６の
ダイアフラム部９に応力がかからないようにパッケージ
１に生じた熱応力を緩和することは難しく、温度特性や
耐環境特性が低下してしまうといった問題があった。

【００１０】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、温度特性及び耐環境性を向上した半導体圧力
センサを提供する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、撓み自在に形成された撓み部を
有する半導体基板を具備して、外部からの圧力により生
じる撓み部の撓みに応じて電気信号を出力するセンサチ
ップと、前記センサチップが搭載されるパッケージとを
備え、センサチップの撓み部を含まない一面を、パッケ
ージのセンサチップが搭載される搭載面に向け、センサ
チップの前記一面側における前記搭載面に略平行な方向
の一端部のみを前記搭載面に接着させたことを特徴と
し、従来例のようにパッケージの搭載面に向けられたセ
ンサチップの一面全体を搭載面に接着させることなく、
センサチップの前記一面の一部のみを接着させることに
よって、温度環境変化により生じるパッケージからの応
力をセンサチップの撓み部に伝わり難くして、温度特性
及び耐環境性を向上することができる。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、センサチップの上記一端部に、パッケージの搭載面
側へ突出する段部を設け、前記段部を前記搭載面に接着
させたことを特徴とし、センサチップに段部を設けて、
これをパッケージに接着させることによって、センサチ
ップをパッケージに容易に接着することができ、接着領
域を高精度に形成することができる。

【００１３】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、パッケージの搭載面にセンサチップ側へ突出する段
部を設け、センサチップを前記段部に接着させたことを
特徴とし、パッケージに段部を設けて、これにセンサチ
ップを接着させることによって、センサチップをパッケ
ージに容易に接着することができ、接着領域を高精度に
形成することができるとともに、例えば段部とパッケー
ジとを一体に金型成形するときには、パッケージ毎に段
部を設けることなくコスト増加を抑えることができる。

【００１４】請求項４の発明は、請求項３の発明におい
て、センサチップの上記一端部のみがパッケージの段部
に載置される形に、センサチップを案内する傾斜面をパ
ッケージに設けたことを特徴とし、傾斜面にセンサチッ
プを案内させることによって、センサチップのパッケー
ジに対する位置精度を向上することができるとともに、
センサチップとパッケージとの接着領域をさらに高精度
に形成することができる。

【００１５】請求項５の発明は、請求項３又は４の発明
において、パッケージの段部を除く搭載面上であって、
センサチップの上記一面における終端部に対応する部位
に、センサチップを支持する突起を設けたことを特徴と
し、センサチップにおけるパッケージの段部に接着する
部位と反対側が、パッケージの搭載面側に向かって傾こ
うとしても、突起にセンサチップを支持させることによ
って、センサチップの傾きを防ぎ、例えば、センサチッ
プとパッケージとの互いの対向面をそれぞれ略平行にさ
せた状態に保つことができる。

【００１６】請求項６の発明は、請求項１〜５の何れか
の発明において、応力がかかることで撓み部の撓みを検
出するゲージを、センサチップにおけるパッケージに接
着する上記一端部から最も離れた、半導体基板における
撓み部と他の部位との境界上に形成したことを特徴と
し、前記ゲージを半導体基板における上記境界上に形成
したことによって、他の部位に形成するよりも、撓み部
の撓みから大きな応力を前記ゲージにかけて検出感度を
向上することができ、しかも、センサチップのパッケー
ジと接着する部位から距離を離した位置に前記ゲージを
形成したことによって、温度環境の変化により生じるパ
ッケージからの応力を、前記ゲージに伝わり難くして、
温度特性及び耐環境性をさらに向上することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】（実施形態１）本実施形態におけ
る基本構成は従来例と共通するために共通する部分につ
いては同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の
特徴となる部分についてのみ詳細に説明する。

【００１８】本実施形態では、図１及び図２（ａ），
（ｂ）に示すように、センサチップ５のガラス台座７側
の裏面をパッケージ１の搭載面に略対向させて、センサ
チップ５における前記裏面の一辺側のみを前記搭載面に
接着剤８で接着させ、接着部分を除くセンサチップ５の
前記裏面と前記搭載面との間に隙間を空けている点に特
徴がある。

【００１９】ここで、上記隙間は、接着剤８の厚み分だ
け形成され、センサチップ５はパッケージ１に対して片
持ち梁形状となる。

【００２０】これにより本実施形態では、従来例のよう
にセンサチップ５の裏面全体をパッケージ１に接着させ
ることなく、裏面の一辺側のみを接着させることによっ
て、温度環境変化により生じるパッケージ１からの応力
をセンサチップ５の撓み部たるダイアフラム部９に伝わ
り難くして、温度特性や耐環境性を向上することができ
る。 （実施形態２）本実施形態における基本構成は実施形態
１と共通するために共通する部分については同一の符号
を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる部分に
ついてのみ詳細に説明する。

【００２１】本実施形態では、図３（ａ），（ｂ）に示
すように、センサチップ５におけるガラス台座７裏面の
一辺側に、パッケージ１の搭載面側へ突出する段部１０
を設け、この段部１０を接着材８でパッケージ１の搭載
面に接着させている点に特徴がある。ここで、段部１０
は、ガラス台座７を例えば超音波加工することで高精度
に加工される。

【００２２】これにより本実施形態では、センサチップ
５をパッケージ１に容易に接着することができ、センサ
チップ５とパッケージ１との接着領域を高精度に形成す
ることができる。 （実施形態３）本実施形態における基本構成は実施形態
１と共通するために共通する部分については同一の符号
を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる部分に
ついてのみ詳細に説明する。

【００２３】本実施形態では、図４（ａ），（ｂ）に示
すように、パッケージ１の搭載面にセンサチップ５側へ
突出する段部１１を設け、センサチップ５における裏面
一辺側を段部１１に接着剤８で接着させている点に特徴
がある。ここで、パッケージ１は、樹脂成形品であっ
て、段部１１とパッケージ１とは一体に金型成形され
る。これにより、パッケージ１毎に段部１１を設けるこ
となくコスト増加を抑えることができる。

【００２４】上述のように本実施形態では、パッケージ
１に段部１１を設けて、これにセンサチップ５を接着さ
せることによって、センサチップ５の裏面一辺側のみを
パッケージ１に容易に接着することができ、接着領域を
高精度に形成することができる。 （実施形態４）本実施形態における基本構成は実施形態
３と共通するために共通する部分については同一の符号
を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる部分に
ついてのみ詳細に説明する。

【００２５】本実施形態は、図５（ａ），（ｂ）に示す
ように、センサチップ５の裏面一辺側のみがパッケージ
１の段部１１に載置される形に、センサチップ５を案内
する傾斜面１２をパッケージ１に設けた点に特徴があ
る。

【００２６】パッケージ１の段部１１の上面外側には、
上方に突出する傾斜面形成用の段部２１が形成されてお
り、傾斜面１２は、傾斜面形成用の段部２１における段
部１１側で、段部１１上面側に向かうにつれて内側に傾
くように形成されている。

【００２７】ここで上述の傾斜面形成用の段部２１及び
傾斜面１２は、実施形態３と同様、パッケージ１の金型
成形時に形成される。

【００２８】本実施形態では、傾斜面１２を設けたこと
によって、センサチップ５の裏面をパッケージ１の搭載
面に略対向させた状態で、センサチップ５の裏面一辺側
を傾斜面１２に沿わせて、センサチップ５を前記搭載面
に近付けていけば、センサチップ５の裏面一辺側のみを
パッケージ１の段部１１上面に略対向させた形で、セン
サチップ５をパッケージ１に容易に加圧接着することが
できる。その結果、センサチップ５のパッケージ１に対
する位置精度を向上することができるとともに、センサ
チップ５とパッケージ１との接着領域をさらに高精度に
形成することができる。 （実施形態５）ところで実施形態４では、センサチップ
５をパッケージ１に接着するとき、センサチップ５裏面
の接着される一辺と反対側が、パッケージ１の搭載面側
に傾いてしまうことがある。

【００２９】そこで本実施形態では、図６（ａ），
（ｂ）に示すように、パッケージ１の段部１１を除く搭
載面上であって、センサチップ５裏面における終端部に
対応する部位に、センサチップ５を支持する突起１３を
設けている。

【００３０】突起１３は、先端側が細くなるように略四
角錐状に形成されている。そして、突起１３のパッケー
ジ１の搭載面からの高さは、搭載面から段部１１の高さ
と、段部１１上面とセンサチップ５裏面との間の接着剤
８の厚みとを足し合わせた高さとなっている。また、突
起１３は、パッケージ１の金型成形時に設けられる。

【００３１】このような突起１３が設けられたパッケー
ジ１に、実施形態４と同様、センサチップ５を傾斜面１
２に案内させて接着するときには、センサチップ５裏面
における段部１１に接着する一辺と反対側の他辺が、パ
ッケージ１の搭載面側に向かって傾こうとしても、突起
１３がセンサチップ５裏面における前記他辺の略中央部
を支持することによって、センサチップ５の傾きを防
ぎ、センサチップ５裏面とパッケージ１の搭載面とをそ
れぞれ略平行にした状態に保つことができる。 （実施形態６）本実施形態における基本構成は実施形態
１と共通するために共通する部分については同一の符号
を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる部分に
ついてのみ詳細に説明する。

【００３２】実施形態１では、半導体基板１におけるダ
イアフラム部９とその周辺に、ブリッジ接続されたピエ
ゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４を形成したが、本実施形態では、図７
（ａ），（ｂ）に示すように、ゲージたるピエゾ抵抗１
４を１つ形成している。このピエゾ抵抗１４は、応力が
かかることでダイアフラム部９の撓みを検出し、剪断応
力がかかるときには、効率良く前記撓みを検出する。

【００３３】そしてピエゾ抵抗１４は、センサチップ５
裏面におけるパッケージ１に接着する一辺側から最も離
れた、半導体基板６におけるダイアフラム部９と他の部
位との境界上であって、長手方向が前記境界に対して傾
くように形成されている。

【００３４】本実施形態では、ピエゾ抵抗１４を、半導
体基板６における上記境界上に形成したことで、他の部
位に形成されるときと比べて、ダイアフラム部９の撓み
から大きな応力を受けることができ、検出感度を向上す
ることができる。さらに、ピエゾ抵抗１４を、長手方向
がダイアフラム部９の前記境界に対して傾くように形成
したことによって、ダイアフラム部９の撓みから剪断応
力を最も効率良く受けることができて、検出感度をさら
に向上することができる。また、ピエゾ抵抗１４を、セ
ンサチップ５のパッケージ１と接着する部位から距離を
離して形成したことによって、実施形態１に比べて、温
度環境の変化により生じるパッケージ１からの応力をピ
エゾ抵抗１４に伝わり難くして、温度特性及び耐環境性
をさらに向上することができる。

【００３５】

【発明の効果】請求項１の発明は、撓み自在に形成され
た撓み部を有する半導体基板を具備して、外部からの圧
力により生じる撓み部の撓みに応じて電気信号を出力す
るセンサチップと、前記センサチップが搭載されるパッ
ケージとを備え、センサチップの撓み部を含まない一面
を、パッケージのセンサチップが搭載される搭載面に向
け、センサチップの前記一面側における前記搭載面に略
平行な方向の一端部のみを前記搭載面に接着させたの
で、従来例のようにパッケージの搭載面に向けられたセ
ンサチップの一面全体を搭載面に接着させることなく、
センサチップの前記一面の一部のみを接着させることに
よって、温度環境変化により生じるパッケージからの応
力をセンサチップの撓み部に伝わり難くして、温度特性
及び耐環境性を向上することができるという効果があ
る。

【００３６】請求項２の発明は、センサチップの上記一
端部に、パッケージの搭載面側へ突出する段部を設け、
前記段部を前記搭載面に接着させたので、センサチップ
に段部を設けて、これをパッケージに接着させることに
よって、センサチップをパッケージに容易に接着するこ
とができ、接着領域を高精度に形成することができると
いう効果がある。

【００３７】請求項３の発明は、パッケージの搭載面に
センサチップ側へ突出する段部を設け、センサチップを
前記段部に接着させたので、パッケージに段部を設け
て、これにセンサチップを接着させることによって、セ
ンサチップをパッケージに容易に接着することができ、
接着領域を高精度に形成することができるとともに、例
えば段部とパッケージとを一体に金型成形するときに
は、パッケージ毎に段部を設けることなくコスト増加を
抑えることができるという効果がある。

【００３８】請求項４の発明は、センサチップの上記一
端部のみがパッケージの段部に載置される形に、センサ
チップを案内する傾斜面をパッケージに設けたので、傾
斜面にセンサチップを案内させることによって、センサ
チップのパッケージに対する位置精度を向上することが
できるとともに、センサチップとパッケージとの接着領
域をさらに高精度に形成することができるという効果が
ある。

【００３９】請求項５の発明は、パッケージの段部を除
く搭載面上であって、センサチップの上記一面における
終端部に対応する部位に、センサチップを支持する突起
を設けたので、センサチップにおけるパッケージの段部
に接着する部位と反対側が、パッケージの搭載面側に向
かって傾こうとしても、突起にセンサチップを支持させ
ることによって、センサチップの傾きを防ぎ、例えば、
センサチップとパッケージとの互いの対向面をそれぞれ
略平行にさせた状態に保つことができるという効果があ
る。

【００４０】請求項６の発明は、応力がかかることで撓
み部の撓みを検出するゲージを、センサチップにおける
パッケージに接着する上記一端部から最も離れた、半導
体基板における撓み部と他の部位との境界上に形成した
ので、前記ゲージを半導体基板における上記境界上に形
成したことによって、他の部位に形成するよりも、撓み
部の撓みから大きな応力を前記ゲージにかけて検出感度
を向上することができ、しかも、センサチップのパッケ
ージと接着する部位から距離を離した位置に前記ゲージ
を形成したことによって、温度環境の変化により生じる
パッケージからの応力を、前記ゲージに伝わり難くし
て、温度特性及び耐環境性をさらに向上することができ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１を示す側面断面図である。

【図２】同上の（ａ）は要部上面図、（ｂ）は要部側面
断面図である。

【図３】実施形態２を示す、（ａ）は要部上面図、
（ｂ）は要部側面断面図である。

【図４】実施形態３を示す、（ａ）は要部上面図、
（ｂ）は要部側面断面図である。

【図５】実施形態４を示す、（ａ）は要部上面図、
（ｂ）は要部側面断面図である。

【図６】実施形態５を示す、（ａ）は要部上面図、
（ｂ）は要部側面断面図である。

【図７】実施形態６を示す、（ａ）は要部上面図、
（ｂ）は要部側面断面図である。

【図８】従来例を示す側面断面図である。

【図９】同上の（ａ）は要部上面図、（ｂ）は要部側面
断面図である。

【符号の説明】

１ パッケージ ５ センサチップ ６ 半導体基板 ７ ガラス台座 ８ 接着剤 ９ ダイアフラム部

フロントページの続き (72)発明者 江田 和夫 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 青木 亮 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB20 CC02 DD05 EE13 FF01 FF23 FF38 GG12 4M112 AA01 CA03 CA04 CA08 CA13 CA15 FA05 FA08

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撓み自在に形成された撓み部を有する半
   導体基板を具備して、外部からの圧力により生じる撓み
   部の撓みに応じて電気信号を出力するセンサチップと、
   前記センサチップが搭載されるパッケージとを備え、セ
   ンサチップの撓み部を含まない一面を、パッケージのセ
   ンサチップが搭載される搭載面に向け、センサチップの
   前記一面側における前記搭載面に略平行な方向の一端部
   のみを前記搭載面に接着させたことを特徴とする半導体
   圧力センサ。
2. 【請求項２】 センサチップの上記一端部に、パッケー
   ジの搭載面側へ突出する段部を設け、前記段部を前記搭
   載面に接着させ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】 パッケージの搭載面にセンサチップ側へ
   突出する段部を設け、センサチップを前記段部に接着さ
   せたことを特徴とする請求項１記載の半導体圧力セン
   サ。
4. 【請求項４】 センサチップの上記一端部のみがパッケ
   ージの段部に載置される形に、センサチップを案内する
   傾斜面をパッケージに設けたことを特徴とする請求項３
   記載の半導体圧力センサ。
5. 【請求項５】 パッケージの段部を除く搭載面上であっ
   て、センサチップの上記一面における終端部に対応する
   部位に、センサチップを支持する突起を設けたことを特
   徴とする請求項３又は４記載の半導体圧力センサ。
6. 【請求項６】 応力がかかることで撓み部の撓みを検出
   するゲージを、センサチップにおけるパッケージに接着
   する上記一端部から最も離れた、半導体基板における撓
   み部と他の部位との境界上に形成したことを特徴とする
   請求項１〜５の何れかに記載の半導体圧力センサ。