JP2003042873A - 圧力検出装置用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静電容量形成用の電極同士が電気的に短絡す
ることがなく、外部の圧力を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と、この絶縁基体１に配設され、半導体素子
３の電極が電気的に接続される複数の配線導体５と、絶
縁基体１の他方の主面との間に略円板形状の密閉空間Ｓ
を形成するように可撓な状態で絶縁基体１に接合された
絶縁板２と、絶縁基体１の他方の主面に被着され、配線
導体５の一つ５ａに電気的に接続された静電容量形成用
の第一電極７と、絶縁板２の内側主面に第一電極７と対
向するように被着され、配線導体５の他の一つ５ｂに電
気的に接続された静電容量形成用の第二電極９とを具備
する圧力検出装置用パッケージにおいて、第一電極７お
よび／または第二電極９の外周部を厚く形成した。

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。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】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、感圧素子の感度
を上げるために第一電極と第二電極との間隔を狭くする
と、パッケージに大きな圧力が印加されて絶縁板が内側
に大きく撓んだ場合に、絶縁板の変位量が大きな中央部
において第一電極と第二電極とが接触して電気的に短絡
してしまい、その結果、圧力を検出できなくなってしま
うという問題点を有していた。 【０００６】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。 【０００７】 【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、第一電極および／または第二電
極は、その外周部がその中央部よりも厚く形成されてい
ることを特徴とするものである。 【０００８】本発明の圧力検出装置用パッケージによれ
ば、第一電極および／または第二電極は、その外周部が
その中央部よりも厚く形成されていることから、第一電
極および第二電極の外周部では両者間の間隔が狭いもの
となり第一電極と第二電極との間に形成される静電容量
を大きなものとして感圧素子の感度を高いものとするこ
とができる。また、パッケージに圧力が印加された場合
に大きく変位する絶縁板の中央部においては、第一電極
と第二電極との間隔が広いものとなるので、パッケージ
に大きな圧力が印加されて絶縁板が大きく撓んだとして
も、第一電極と第二電極とが電気的に短絡することはな
い。 【０００９】 【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。 【００１０】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Ｓ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
体を約1600℃の温度で焼成することにより製作される。 【００１１】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。 【００１２】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の各電極を半田バンプ６等の
電気的接続手段を介して接続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。なお、この例では、半導体素子３の電極と配線
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。 【００１３】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９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、別の一部は絶縁基体１
の上面に導出して第一電極７や第二電極９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
を介して接続することにより、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。 【００１４】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続
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。 【００１５】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９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。 【００１６】このような第一電極７は、厚みが10〜50μ
ｍ程度の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。 【００１７】また、絶縁基体１の上面外周部には第一電
極７を取り囲む略円形や略八角形の枠状の第一接合用メ
タライズ層８が被着されている。第一接合用メタライズ
層８は、絶縁基体１に絶縁板２を接合するための下地金
属として機能し、この第一接合用メタライズ層８には下
面に第二電極９およびこの第二電極９に電気的に接続さ
れた第二接合用メタライズ層10を有する絶縁板２が第二
接合用メタライズ層10と第一接合用メタライズ層８とを
銀−銅ろう等のろう材を介してろう付けすることにより
絶縁基体１との間に密閉空間Ｓを形成するようにして接
合されている。 【００１８】この第一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
半田バンプ６等の電気的接続手段を介して電気的に接続
すると、半導体素子３の電極と第二電極９とが電気的に
接続されるようになっている。 【００１９】このような第一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の上面外周部に枠状
の所定のパターンに形成される。 【００２０】なお、第一接合用メタライズ層８の表面に
は、第一接合用メタライズ層８が酸化腐食するのを防止
するとともに第一接合用メタライズ層８とろう材との接
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。 【００２１】また、絶縁基体１の上面に接合された絶縁
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略四角または略八角あるい
は円形等の略平板であり、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
能する。 【００２２】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。 【００２３】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ことにより絶縁板２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16
00℃の温度で焼成することにより製作される。 【００２４】また、絶縁板２の下面にはその中央部に第
一電極７と対向する静電容量形成用の第二電極９が被着
されている。この第二電極９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ものであ
り、例えば略円形のパターンに形成されている。 【００２５】このような第二電極９は、厚みが10〜50μ
ｍ程度の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板２の下面中央部に所
定のパターンに形成される。なお、第二電極９の表面に
は、第二電極９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。 【００２６】さらに、絶縁板２の下面外周部には第二電
極９に電気的に接続された略円形や略八角形の枠状の第
二接合用メタライズ層10が被着されている。この第二接
合用メタライズ層10は、絶縁板２を絶縁基体１に接合す
るための接合用下地金属層として機能し、第二接合用メ
タライズ層10と第一接合用メタライズ層８とを銀−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基体
１と絶縁板２とが接合されるとともに第一接合用メタラ
イズ層８と第二接合用メタライズ層10とが電気的に接続
される。 【００２７】このとき、第一電極７と第二電極９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Ｓ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９の面積および第一電極７と第二電極９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９との間隔が変わり、それにより第一電極７と第二電
極９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。 【００２８】さらに、本発明においては、第一電極７
は、その外周部がその中央部よりも例えば５〜40μｍ程
度厚く形成されており、そのことが重要である。このよ
うに、第一電極７はその外周部がその中央部よりも厚く
形成されていることから、第一電極７および第二電極９
の外周部においては両者間の間隔が狭いものとなり、第
一電極７と第二電極９との間に形成される静電容量を大
きなものとして感圧素子の感度を高いものとすることが
できる。また、パッケージに圧力が印加された場合に大
きく変位する絶縁板２の中央部においては、第一電極７
および第二電極９との間隔が広いものとなるので、パッ
ケージに大きな圧力が印加されて絶縁板２が大きく撓ん
だとしても、第一電極７と第二電極９との間に電気的な
短絡が発生することはなく、外部の圧力を常に正常に検
出することができる。 【００２９】なお、第一電極７の外周部を厚くする領域
は、凹部１ｃの半径に対して凹部１ｃの中心から60％以
上外側の領域とすることが好ましい。第一電極７の外周
部を厚くする領域が凹部１ｃの半径に対して凹部１ｃの
中心から60％未満外側の領域とした場合、パッケージに
大きな圧力が印加されて絶縁板２が大きく撓んだ場合に
第一電極７と第二電極９とが接触してしまう危険性が大
きくなる。 【００３０】また、第一電極７の外周部を第一電極７の
中央部よりも厚く形成するには、絶縁基体１用のセラミ
ックグリーンシートに第一電極７用のメタライズペース
トを印刷塗布する際に、その外周部を複数回重ね塗りす
ればよい。 【００３１】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９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Ｓ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
９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９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。 【００３２】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。 【００３３】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、第一電極７の外周部をそれより中
央部よりも厚く形成したが、第二電極９の外周部をそれ
より中央部よりも厚く形成してもよく、さらには第一電
極７および第二電極９の両方の外周部をそれらより中央
部よりも厚く形成してもよい。 【００３４】 【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、第一電極および／ま
たは第二電極の外周部を厚く形成したことから、第一電
極および第二電極の外周部では両者間の間隔が狭いもの
となり第一電極と第二電極との間に形成される静電容量
を大きなものとして感圧素子の感度を高いものとするこ
とができる。また、パッケージに圧力が印加された場合
に大きく変位する絶縁板の中央部においては、第一電極
および第二電極との間隔が広いものとなるので、パッケ
ージに大きな圧力が印加されて絶縁板が大きく撓んだと
しても、第一電極と第二電極とが電気的に短絡すること
はない。したがって外部の圧力を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・・・・・絶縁基体 １ｂ・・・・搭載部 ２・・・・・絶縁板 ３・・・・・半導体素子 ５・・・・・配線導体 ７・・・・・第一電極 ９・・・・・第二電極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【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、前記第一電極および／または第二電極
   は、その外周部がその中央部よりも厚く形成されている
   ことを特徴とする圧力検出装置用パッケージ。