JP2002350263A - 圧力検出装置用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静電容量形成用の第一電極と第二電極とが電
気的に短絡することがなく、外部の圧力を常に正常に検
出可能な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の他方の主面にビア導体５ａＶに接続された
静電容量形成用の第一電極７を設けるとともに、内側主
面に第一電極７に対向する第二電極８を有する絶縁板２
を絶縁基体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絶縁基体１と接合させた圧力検出装
置用パッケージであって、第一電極７に接続されるビア
導体５ａＶは、絶縁基体１の他方の主面が密閉空間内に
露出する領域の中心からこの領域の半径に対して80％以
上離れた位置に導出している。

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。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。

【０００５】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、第一電極と配線導
体の一つとは絶縁基体の他方の主面の略中央部に導出す
るビア導体を介して電気的に接続されていた。

【０００６】しかしながら、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、第一電極と配線
導体の一つとが絶縁基体の他方の主面の中央部に導出す
るビア導体を介して電気的に接続されており、ビア導体
はその上端が絶縁基体の他方の主面から若干突出するよ
うに形成されることから、第一電極の中央部にビア導体
に起因する高さが数μｍ程度の盛り上がりが発生する。
そして、このパッケージに圧力が印加されて絶縁板が内
側に大きく撓むと、絶縁板の中央部ではその変位が大き
いので第一電極の中央部にビア導体に起因して形成され
た盛り上がりと第二電極とが接触して第一電極と第二電
極とが電気的に短絡して圧力が検出できなくなってしま
う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、圧力検出用の電極間に
電気的な短絡が発生することのない、小型でかつ感度が
高く、外部の圧力を常に正常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
るとともにその一部に絶縁基体の他方の主面に導出する
ビア導体を有する複数の配線導体と、絶縁基体の他方の
主面との間に略円板形状の密閉空間を形成するように可
撓な状態で絶縁基体に接合された絶縁板と、絶縁基体と
絶縁板との間の密閉空間内における絶縁基体の他方の主
面に被着され、配線導体の一つに前記ビア導体を介して
電気的に接続された静電容量形成用の第一電極と、絶縁
板の内側主面に第一電極と対向するように被着され、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であ
って、前記ビア導体は、絶縁基体の他方の主面が密閉空
間内に露出する領域の中心からこの領域の半径に対して
８０％以上離れた位置に導出してい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、第一電極と配線導体の一つとを接続するビア導体
が、絶縁基体の他方の主面が密閉空間内に露出する領域
の中心からこの領域の半径に対して80％以上離れた位置
に導出していることから、ビア導体に起因して形成され
る盛り上がりは密閉空間の外周部に形成され、この外周
部においては、パッケージに圧力が印加されて絶縁板が
内側に大きく撓んだとしても絶縁板の変位は小さいので
ビア導体に起因する盛り上がりと第二電極とが接触する
ことはない。

【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は絶縁基体、２は絶縁板、３は半導体素子である。

【００１１】絶縁基体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
に後述する絶縁板２との間に略円板状の密閉空間を形成
するための略円形の凹部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
を後述する絶縁板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】絶縁基体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。

【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配線導体５が導出しており、この
配線導体５と半導体素子３の各電極をボンディングワイ
ヤ６等の電気的接続手段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の電極と配
線導体５とはボンディングワイヤ６を介して接続される
が、半導体素子３の電極と配線導体５とは半田バンプ等
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】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電極７・第二電極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
絶縁基体１の外周下面に導出し、別の一部はビア導体５
ａＶや５ｂＶを介して絶縁基体１の上面に導出して第一
電極７や第二電極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配線導体５に電気
的接続手段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等で封止した後、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電気的接続手段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、配線導体５の
露出表面には、配線導体５が酸化腐食するのを防止する
とともに配線導体５と半田等の電気的接続手段との接合
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、絶縁基体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電極７が被着
されている。この第一電極７は、後述する絶縁板２の第
二電極８とともに感圧素子用の静電容量を形成するため
のものである。そして、この第一電極７には配線導体５
の一つ５ａがビア導体５ａＶを介して接続されており、
それによりこの配線導体５ａに半導体素子３の電極をボ
ンディングワイヤ６等の電気的接続手段を介して接続す
ると半導体素子３の電極と第一電極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の上面中央部に所定のパターンに形
成される。

【００１８】また、絶縁基体１の上面には凹部１ｃを覆
う略平板状の絶縁板２が絶縁基板１の上面との間に略円
板状の密閉空間を形成するようにして可撓な状態で絶縁
基体１に焼結一体化されて接合されている。絶縁板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
フラムとして機能する。

【００１９】このような絶縁板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
することにより絶縁板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絶縁基体１用
の生セラミック成形体上に積層し、これを絶縁基体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、絶縁基体１と焼結一体化することにより製作され
る。

【００２０】なお、絶縁板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、絶縁板２の厚みは0.01〜５ｍｍの範囲が好ましい。

【００２１】また、絶縁板２の下面には静電容量形成用
の略円形の第二電極８が第一電極７と対向するようにし
て被着されている。この第二電極８は、前述の第一電極
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、第二電極８には配線導体５の
他の一つ５ｂがビア導体５ｂＶを介して接続されてお
り、それにより配線導体５ｂに半導体素子３の電極をボ
ンディングワイヤ６等の電気的接続手段を介して接続す
ると半導体素子３の電極と第二電極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、第一電極７と第二電極８とは、
絶縁基体１と絶縁板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、第一電極７や第二
電極８の面積および第一電極７と第二電極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、絶縁板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
絶縁板２が絶縁基体１側に撓んで第一電極７と第二電極
８との間隔が変わり、それにより第一電極７と第二電極
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絶縁板２用のセ
ラミックグリーンシートに印刷塗布し、これを絶縁板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
よって絶縁板２の下面に第一電極７と対向する所定の形
状に形成される。

【００２４】そして、本発明においては、第一電極７に
接続されるビア導体５ａＶが、絶縁基体１の上面が密閉
空間内に露出する領域の中心部からこの領域の半径に対
して80％以上離れた位置に導出しており、そのことが重
要である。このように、第一電極７に接続されるビア導
体５ａＶが、絶縁基体１の上面が密閉空間内に露出する
領域の中心部からこの領域の半径に対して80％以上離れ
た位置に導出していることから、ビア導体５ａＶに起因
する盛り上がりは、パッケージに圧力が印加された場合
に絶縁板２の変位が少ない外周部に形成されることとな
り、その結果、絶縁板２が大きく撓んだとしてもビア導
体５ａＶに起因する盛り上がりと第二電極８とが接触す
ることはない。したがって、本発明の圧力検出装置用パ
ッケージによれば、第一電極７と第二電極８とが電気的
に短絡することはなく、外部の圧力を常に正常に検出す
ることができる。

【００２５】なお、第一電極７に接続されるビア導体５
ａＶが、絶縁基体１の上面が密閉空間内に露出する領域
の中心からこの領域の半径に対して80％未満離れた位置
に導出する場合、パッケージに圧力が印加されて絶縁板
２が大きく撓んだ際にビア導体５ａＶに起因する盛り上
がりと第二電極８とが接触して第一電極７と第二電極８
とが電気的に短絡してしまう危険性が大きなものとな
る。したがって、第一電極７に接続されるビア導体５ａ
Ｖが絶縁基体１の上面に導出する位置は、絶縁基体１が
密閉空間内に露出する領域の中心からこの領域の半径に
対して80％以上離れた位置に特定される。

【００２６】ところで、第一電極７が絶縁基体１上面の
密閉空間に露出する領域の中央部にこの領域の直径に対
して80％未満の直径を有する大きさに形成されている場
合、図２に絶縁基体１の上面図で示すように、第一電極
７からビア導体５ａＶまで引き出し線７ａを設け、この
引き出し線７ａとビア導体５ａＶとを接続させればよ
い。なお、図２に示す例では引き出し線７ａは一本であ
ったが、引き出し線７ａを複数本設けるとともにそれら
の引き出し線７ａから複数のビア導体５ａＶを介して第
一電極７と配線導体５ａとを接続してもよい。

【００２７】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第一電極
７を設けるとともに、この第一電極７に対向する静電容
量形成用の第二電極８を内側面に有する絶縁板２を絶縁
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
可撓な状態で絶縁基体１に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電極７および第二電極８を、絶縁
基体１に設けた配線導体５ａ・５ｂを介して半導体素子
３に接続することから、第一電極７および第二電極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。

【００２８】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、外部の圧力を常に正常に検出す
ることが可能な圧力検出装置となる。

【００２９】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り、例えば上述の実
施の形態の一例では、絶縁基体１と絶縁板２とを焼結一
体化させることにより接合したが、絶縁基体１と絶縁板
２とはろう付けにより接合してもよい。

【００３０】

【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
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、第一電極と配線導体
の一つとを接続するビア導体が、絶縁基体の他方の主面
が密閉空間内に露出する領域の中心からこの領域の半径
に対して80％以上離れた位置に導出していることから、
ビア導体に起因して形成される盛り上がりは密閉空間の
外周部に形成され、この外周部においては、パッケージ
に圧力が印加されて絶縁板が内側に大きく撓んだとして
も絶縁板の変位は小さいのでビア導体に起因する盛り上
がりと第二電極とが接触することはない、したがって第
一電極と第二電極とが電気的に短絡することがなく、そ
の結果、外部の圧力を常に正常かつ感度良く検出するこ
とが可能な小型の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】図１に示す圧力検出装置用パッケージの絶縁基
体１を示す平面図である。

【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・・・・・絶縁板 ３・・・・・半導体素子 ５・・・・・配線導体 ５ａＶ・・・第一電極に接続されるビア導体 ５ｂＶ・・・第二電極に接続されるビア導体 ７・・・・・第一電極 ８・・・・・第二電極

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
   れるとともにその一部に前記絶縁基体の他方の主面に導
   出するビア導体を有する複数の配線導体と、前記絶縁基
   体の他方の主面との間に略円板形状の密閉空間を形成す
   るように可撓な状態で前記絶縁基体に接合された絶縁板
   と、前記密閉空間内の前記他方の主面に被着され、前記
   配線導体の一つに前記ビア導体を介して電気的に接続さ
   れた静電容量形成用の第一電極と、前記絶縁板の内側主
   面に前記第一電極と対向するように被着され、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
   第二電極とを具備する圧力検出装置用パッケージであっ
   て、前記ビア導体は、前記他方の主面が前記密閉空間内
   に露出する領域の中心から該領域の半径に対して８０％
   以上離れた位置に導出していることを特徴とする圧力検
   出装置用パッケージ。