JP2004101207A - 圧力検出装置用パッケージ - Google Patents
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Abstract
【課題】小型でかつ感度が高く、外部の圧力を正確に検出することができるとともに、大きな外力や内部応力によって外部電気回路基板との接合部が破壊されることもなく、電気的な接続信頼性の高い実装が可能となる圧力検出装置を提供すること。
【解決手段】外部接続用導体９およびダミー導体９ａは、一方の主面の中心に対してそれぞれ略点対称となるように配列されているとともにそれぞれの面積および形状が外部接続用導体９同士およびダミー導体９ａ同士で略同一となるように形成されており、ダミー導体９ａは、その面積が外部接続用導体９の面積よりも広く、かつ隣接する外部接続用導体９のいずれか一方と両者間に形成された帯状の連結用導体９ｂを介して電気的に接続されている。
【選択図】 図２
【解決手段】外部接続用導体９およびダミー導体９ａは、一方の主面の中心に対してそれぞれ略点対称となるように配列されているとともにそれぞれの面積および形状が外部接続用導体９同士およびダミー導体９ａ同士で略同一となるように形成されており、ダミー導体９ａは、その面積が外部接続用導体９の面積よりも広く、かつ隣接する外部接続用導体９のいずれか一方と両者間に形成された帯状の連結用導体９ｂを介して電気的に接続されている。
【選択図】 図２
Description
【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。
【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（特許文献１参照）。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セラミック基体２４と、このセラミック基体２４の上面にセラミック基体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が被着されたセラミック板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セラミック板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】
【特許文献１】
特開２００１−３５６０６４号公報（第２頁、図４）
【０００４】
【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。
【０００５】
そこで、本願出願人は、特開２００１−３５６０６４号において、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、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、この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して成る圧力検出装置用パッケージを提案した。
【０００６】
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内側面に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。
【０００７】
そして、この特開２００１−３５６０６４号で提案した圧力検出装置用パッケージによると、セラミック基体の外周部には、セラミック基体の一方の主面から側面にかけて下面視で略四角形状に形成された複数の切欠き部が配列されており、この複数の切欠き部の配列に対応するように複数の外部接続用導体がセラミック基体の一方の主面に被着され、さらに外部接続用導体とメタライズ配線導体とを接続する側面導体が切欠き部の側面に被着されている。そして、この複数の外部接続用導体は半導体素子の各電極に電気的に接続されており、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されることによりパッケージ内部に収容される半導体素子が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。また、切欠き部の側面の側面導体と外部回路基板の配線導体との間には導電性接合材から成るメニスカスが形成されることにより、外部電気回路基板の配線導体との接合がより強固なものとされている。
【０００８】
しかしながら、セラミックはその硬度は高いが脆いという性質を有することから、セラミック基体側面の各コーナー部に切欠き部を形成した場合、この各コーナー部に形成した切欠き部からクラックが発生しやすいために、信頼性の観点から各コーナー部に切欠き部を形成することができず、セラミック基体の各コーナー部と外部電気回路基板との接合強度が充分でないという課題を有していた。
【０００９】
また、セラミック基体の一方の主面の各コーナー部に、外部接続用のダミー導体を形成することも考えられる。しかしながら、通常、外部接続用の導体は導電性接合材との接合を良好、かつ強固とするためにその表面に電解めっきにより金やニッケル・半田等の良導電性の金属めっき層を被着させる必要があるが、電解めっきを行なうには、金属めっき層を被着させる箇所に通電用の端子を当接させる必要があり、セラミック基体のコーナー部では、このような通電用の端子の当接によっても欠けやクラックが発生する危険性があり、セラミック基体の一方の主面の各コーナー部に外部接続用のダミー導体を形成したとしても、セラミック基体に欠けやクラックを発生させずにダミー導体の表面に電解めっき層を被着させることが困難であるという問題点を有していた。
【００１０】
さらに、この圧力検出装置用パッケージの複数の外部接続用導体は、近時のパッケージの多端子化および小型化に伴って、複数の外部接続用導体の幅およびその隣り合う隙間が小さなものとなってきており、そのため、この複数の外部接続用導体が外部電気回路基板の配線導体へ半田等の導電性接合材を介して接合される場合において、セラミック基体の一方の主面に被着された複数の外部接続用導体と外部電気回路基板の配線導体との接合面積が小さくなるとともに、側面導体と外部回路基板の配線導体との間の導電性接合材から成るメニスカスの形成も非常に小さなものとなり、外部電気回路基板への接合強度が非常に低下してしまうという問題点を有していた。
【００１１】
また、セラミック基体の一方の主面に被着された複数の外部接続用導体は、セラミック基体の各側面の配列ごとに形状および面積が不均一であると、外部接続用導体が外部電気回路基板へ半田等の導電性接合材を介して接合される場合に、外部接続用導体毎に半田等の導電性接合材によって形成されるバンプの高さが不均一となって、セラミック基体と外部電気回路基板の配線導体間で接合不良が発生してしまうという問題点を、さらにはもっとも大きな応力が作用するセラミック基体のコーナー近傍の接合部において接合部が破壊してしまい、その接合部の切欠き部からセラミック基体のコーナー部にかけて欠けやクラックが発生してしまうという問題点を有していた。
【００１２】
またさらには、この接合強度の低下により、例えば、車のタイヤ内の内圧を検出する圧力検出装置の場合、外部接続用のダミー導体と外部電気回路基板の配線導体との接合部には、タイヤ内の内圧が印加され続けているとともに、走行中の振動などによるタイヤ外の外圧が繰り返し印加されるため、これらの外力により接合部が破壊してしまったり、また停車時や走行中のタイヤ内の温度変化により、例えば、パッケージがセラミックで外部電気回路基板がガラスエポキシ樹脂の場合など、その熱膨張係数が互いに異なるため、この温度変化により、特にセラミック基体のコーナー部の接合部には大きな応力が発生し、その応力により接合部が破壊してしまうこととなり、パッケージの内部に収容する半導体素子の各電極が外部電気回路に電気的に接続できなくなるという問題点を有していた。
【００１３】
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、外部の圧力を正確に検出することができるとともに、大きな外力や内部応力によって外部電気回路基板との接合部が破壊されることがなく、電気的な接続信頼性の高い実装が可能となる圧力検出装置を提供することにある。
【００１４】
【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、その一端が前記搭載部またはその周辺に導出するように配設されており、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接合されたセラミック板と、前記密閉空間内の前記セラミック基体の他方の主面に被着されており、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主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ており、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して成る圧力検出装置用パッケージであって、前記セラミック基体の前記一方の主面に複数のダミー導体が各コーナー近傍に配設されて被着され、前記ダミー導体間にそれぞれ前記セラミック基体の側面に沿った配列で複数の外部接続用導体が被着されるとともに、この外部接続用導体は各外部接続用導体から前記側面にかけて被着された側面導体を介して前記メタライズ配線導体に電気的に接続されており、前記外部接続用導体および前記ダミー導体は、前記一方の主面の中心に対してそれぞれ略点対称となるように配列されているとともにそれぞれの面積および形状が前記外部接続用導体同士および前記ダミー導体同士で略同一となるように形成されており、前記ダミー導体は、その面積が前記外部接続用導体の面積よりも広く、かつ隣接する前記外部接続用導体のいずれか一方と両者間に形成された帯状の連結用導体を介して電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、外部接続用導体およびダミー導体が一方の主面の中心に対してそれぞれ略点対称となるように配列されているとともにそれぞれの面積および形状が外部接続用導体同士およびダミー導体同士で略同一となるように形成されていることから、外部接続用導体およびダミー導体が外部電気回路基板の配線導体へ半田等の導電性接合材を介して接合される場合において、その接合部への外力や内部応力が均一に分散され応力が一箇所に集中することがなくなり、もっとも大きな応力が作用するセラミック基体のコーナー近傍の接合部においても、その接合部が破壊して接合部の切欠き部からセラミック基体のコーナー部にかけて欠けやクラックが発生することを防止することができる。
【００１６】
また、一方の主面の各コーナー近傍に配設されて被着された複数のダミー導体が、隣接する外部接続用導体のいずれか一方と両者間に形成された帯状の連結用導体を介して電気的に接続されていることから、コーナー近傍に配設されたダミー導体に電解めっきにより金属めっき層を被着させるための通電用の端子を当接させずに、すなわちセラミック基体のコーナー部に欠けやクラックを発生させることなく、ダミー導体の表面に電解めっき層を良好に被着させることが可能となり、その結果、このコーナー部に配設された外部接続用のダミー導体が外部電気回路基板の配線導体に接合されることで、その他の外部接続用導体と外部電気回路基板の配線導体との接合を補強することができる。
【００１７】
さらに、ダミー導体は、その面積が外部接続用導体の面積より広いことから、ダミー導体に半田等の導電性接合材によって形成されるバンプの高さが外部接続用導体に形成されるバンプの高さより高いものとなろうとしても、半田等の導電性接合材はその自重により帯状の連結用導体を介して外部接続用導体へ流動し、さらにはセラミック基体側面に被着された側面導体へ流動することによって、ダミー導体に形成されるバンプの高さが他の複数の外部接続用導体に形成されるバンプの高さと略同じ高さとなり、その結果、セラミック基体と外部電気回路基板間で接合不良が発生してしまうこともない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の圧力検出装置用パッケージを添付の図面に基づいて詳細に説明する。
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、図２は、図１に示す圧力検出装置用パッケージの下面図であり、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。
【００１９】
セラミック基体１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・炭化珪素質焼結体・窒化珪素質焼結体・ガラス−セラミックス等の電気絶縁材料から成る略四角平板状の積層体であり、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ー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約１６００℃の温度で焼成することにより製作される。
【００２０】
セラミック基体１は、その一方の主面中央部、本実施例では下面中央部に半導体素子３を収容するための凹部１ａが形成されており、これにより半導体素子３を収容する容器として機能する。そして、この凹部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。
【００２１】
また、搭載部１ｂには半導体素子３の各電極と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。
【００２２】
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の外周部に導出して、後述する複数の外部接続用導体９に側面導体９ｃを介して、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に半田バンプ６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、複数の外部接続用導体９を外部電気回路基板１０の配線導体１１に半田等の導電性接合材１２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。
【００２３】
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１２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。
【００２４】
また、セラミック基体１の他の主面中央部、すなわち本実施例では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。
【００２５】
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。なお、第一メタライズ電極７の露出表面には、第一メタライズ電極７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】
また、セラミック基体１の上面には凹部１ｃを覆う略平板状のセラミック板２がセラミック基体１の上面との間に略円板状の密閉空間Ｓを形成するようにして可鍛な状態でセラミック基体１に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−セラミック等のセラミック材料から成る厚みが０．０１〜５ｍｍの略四角または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。
【００２７】
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ー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。
【００２８】
なお、セラミック板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、セラミック板２の厚みは、０．０１〜５ｍｍの範囲が好ましい。
【００２９】
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。
【００３０】
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Ｓ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。
【００３１】
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と対向する所定の形状に形成される。なお、第二メタライズ電極８の露出表面には、第二メタライズ電極８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。
【００３２】
さらに、図２に示すように、セラミック基体１の下面には複数のダミー導体９ａが各コーナー近傍に配設されて被着され、ダミー導体９ａ間にそれぞれセラミック基体１の側面に沿った配列で複数の外部接続用導体９が被着されるとともに、この外部接続用導体９は各外部接続用導体９から側面にかけて被着された側面導体９ｃを介してメタライズ配線導体５に電気的に接続されている。さらに、外部接続用導体９およびダミー導体９ａは、下面の主面の中心に対してそれぞれ略点対称となるように配列されているとともにそれぞれの面積および形状が外部接続用導体９同士およびダミー導体９ａ同士で略同一となるように形成されており、ダミー導体９ａは、その面積が外部接続用導体９の面積よりも広く、かつ隣接する外部接続用導体９のいずれか一方と両者間に形成された帯状の連結用導体９ｂを介して電気的に接続されている。
【００３３】
そして、半導体素子３の各電極をメタライズ配線導体５に半田バンプ６等の電気的接続手段を介して電気的に接続するとともに半導体素子３を樹脂製封止材４で封止した後、複数の外部接続用導体９が外部電気回路基板１０の配線導体１１に半田等の導電性接合材１２を介して接合される。また、この接合において、切欠き部１ｄ表面の側面導体９ｃと外部電気回路基板１０の配線導体１１のとの間に導電性接合材１２から成るメニスカス１２ａが形成され、このメニスカス１２ａにより、パッケージが外部電気回路基板１０へ強固に接合されるとともに内部に収容する半導体素子３の電極が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【００３４】
このとき、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいては、外部接続用導体９およびダミー導体９ａは、下面の中心に対してそれぞれ略点対称となるように配列されているとともにそれぞれの面積および形状が外部接続用導体９同士およびダミー導体９ａ同士で略同一となるように形成されていることが重要である。
【００３５】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、外部接続用導体９およびダミー導体９ａが一方の主面の中心に対してそれぞれ略点対称となるように配列されているとともにそれぞれの面積および形状が外部接続用導体９同士およびダミー導体９ａ同士で略同一となるように形成されていることから、外部接続用導体９およびダミー導体９ａが外部電気回路基板１０の配線導体１１へ半田等の導電性接合材１２を介して接合される場合において、その接合部への外力や内部応力が均一に分散され応力が一箇所に集中することがなくなり、もっとも大きな応力が作用するセラミック基体１のコーナー近傍の接合部においても、その接合部が破壊して接合部の切欠き部１ｄからセラミック基体１のコーナー部にかけて欠けやクラックが発生することを防止することができる。
【００３６】
また、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいては、一方の主面の各コーナー近傍に配設されて被着された複数のダミー導体９ａが、隣接する外部接続用導体９のいずれか一方と両者間に形成された帯状の連結用導体９ｂを介して電気的に接続されており、このことが重要である。
【００３７】
また、本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、一方の主面の各コーナー近傍に配設されて被着された複数のダミー導体９ａが、隣接する外部接続用導体９のいずれか一方と両者間に形成された帯状の連結用導体９ｂを介して電気的に接続されていることから、コーナー近傍に配設されたダミー導体９ａに電解めっき層を被着させるための通電用の端子を当接させずに、すなわちセラミック基体１のコーナー部に欠けやクラックを発生させることなく、ダミー導体９ａの表面に電解めっき層を良好に被着させることが可能となり、その結果、このコーナー部に配設された外部接続用のダミー導体９ａが外部電気回路基板１０の配線導体１１に接合されることで、その他の外部接続用導体９と外部電気回路基板１０の配線導体１１との接合を補強することができる。
【００３８】
さらに、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいては、ダミー導体９ａの面積を外部接続用導体９面積より広くすることが重要である。
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、ダミー導体９ａに半田等の導電性接合材によって形成されるバンプの高さが外部接続用導体９に形成されるバンプの高さより高いものとなろうとしても、半田等の導電性接合材１２はその自重により帯状の連結用導体９ｃを介して隣接する外部接続用導体９へ流動し、さらにはセラミック基体１側面に被着された側面導体９ｃへ流動することによって、ダミー導体９ａに形成されるバンプの高さが他の複数の外部接続用導体９に形成されるバンプの高さと略同じ高さとなり、その結果、セラミック基体１と外部電気回路基板１０の配線導体１１間で接合不良が発生してしまうこともない。
【００３９】
なお、外部接続用導体９およびダミー導体９ａは、その縦・横の長さが１〜５ｍｍ程度で、連結用導体９ｂの幅は連結用導体９ｂが連結する外部接続用導体９およびダミー導体９ａの辺の辺方向の長さの３／１００〜１／２が好ましく、３／１００未満であると、半田等の導電性接合材１２がダミー導体９ａから外部接続用導体９へ良好に流動することが困難となる傾向があり、また、１／２を超えると半田等の導電性接合材１２がダミー導体９ａから外部接続用導体９へ流動し過ぎる傾向があり、その結果、ダミー導体９ａおよび外部接続用導体９に形成される半田等の導電性接合材１２のバンプの高さが不均一となり、セラミック基体１と外部電気回路基板間で接合不良が発生してしまう危険性がある。
【００４０】
また、ダミー導体９ａの面積は、外部接続用導体９の面積の１．２〜１．５倍とすることが好ましく、面積が１．２倍未満であると導電性接合材１２がダミー導体９ａから外部接続用導体９を介して側面導体９ｃへ流動し過ぎる傾向があり、また、１．５倍を超えると導電性接合材１２の量が多くなり過ぎる傾向があり、ダミー導体９ａおよび外部接続用導体９に形成される半田等の導電性接合材１２のバンプの高さが不均一となり、セラミック基体１と外部電気回路基板間で接合不良が発生してしまう危険性がある。
【００４１】
なお、図２の下面図には、外部接続用導体９の形状が凹状で、ダミー導体９ａの形状が長方形状である例を示しているが、このように外部接続用導体９とダミー導体９ａの形状が異なっている場合においても、ダミー導体９ａの面積を外部接続用導体９の面積の１．２〜１．５倍とすることが好ましい。
【００４２】
また、このダミー導体９ａが形成されるセラミック基体１のコーナー部には、セラミック基体１の側面に導電性接合材１２でメニスカスを形成してより強固に接合させるための切欠き部１ｄは形成されておらず、そのためセラミック基体１のコーナー部における機械的強度が強くなる。
【００４３】
また、このような外部接続用導体９、ダミー導体９ａ、連結用導体９ｂおよび側面導体９ｃ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の下面から側面、すなわち本実施例では切欠き部１ｄの表面にかけて所定のパターンに形成される。なお、外部接続用導体９、ダミー導体９ａ、連結用導体９ｂおよび側面導体９ｃの露出表面には、これらが酸化腐食するのを防止するとともにこれらと半田等の導電性接合材１２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。
【００４４】
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Ｓ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。
【００４５】
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が高く、外部の圧力を正確に検出することができる圧力検出装置を提供することができる。
【００４６】
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正確に検出することが可能な圧力検出装置となる。
【００４７】
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、セラミック基体１とセラミック板２とを焼結一体化させることにより接合したが、セラミック基体１とセラミック板２とはろう付けにより接合してもよい。また、セラミック基体１の側面に切欠き部１ｄを形成してその表面に外部接続用導体９を被着させたが、切欠き部１ｄを形成せずに側面導体９ｃをセラミック基体１の側面に被着させただけでもよい。さらに、切欠き部１ｄの形状を略四角形状としたが、その他形状であっても構わない。
【００４８】
【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、外部接続用導体およびダミー導体が一方の主面の中心に対してそれぞれ略点対称となるように配列されているとともにそれぞれの面積および形状が外部接続用導体同士およびダミー導体同士で略同一となるように形成されていることから、外部接続用導体およびダミー導体が外部電気回路基板の配線導体へ半田等の導電性接合材を介して接合される場合において、その接合部への外力や内部応力が均一に分散され応力が一箇所に集中することがなくなり、もっとも大きな応力が作用するセラミック基体のコーナー近傍の接合部においても、その接合部が破壊して接合部の切欠き部からセラミック基体のコーナー部にかけて欠けやクラックが発生することを防止することができる。
【００４９】
また、一方の主面の各コーナー近傍に配設されて被着された複数のダミー導体が、隣接する外部接続用導体のいずれか一方と両者間に形成された帯状の連結用導体を介して電気的に接続されていることから、コーナー近傍に配設されたダミー導体に電解めっき層を被着させるための通電用の端子を当接させずに、すなわちセラミック基体のコーナー部に欠けやクラックを発生させることなく、ダミー導体の表面に電解めっき層を良好に被着させることが可能となり、その結果、このコーナー部に配設された外部接続用のダミー導体が外部電気回路基板の配線導体に接合されることで、その他の外部接続用導体と外部電気回路基板の配線導体との接合を補強することができる。
【００５０】
さらに、ダミー導体は、その面積が外部接続用導体の面積より広いことから、ダミー導体に半田等の導電性接合材によって形成されるバンプの高さが外部接続用導体に形成されるバンプの高さより高いものとなろうとしても、半田等の導電性接合材はその自重により帯状の連結用導体を介して外部接続用導体へ流動し、さらにはセラミック基体側面に被着された側面導体へ流動することによって、ダミー導体に形成されるバンプの高さが他の複数の外部接続用導体に形成されるバンプの高さと略同じ高さとなり、その結果、セラミック基体と外部電気回路基板間で接合不良が発生してしまうこともない。
【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下面図である。
【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・・・・・セラミック基体
２・・・・・セラミック板
３・・・・・半導体素子
５・・・・・メタライズ配線導体
７・・・・・第一メタライズ電極
８・・・・・第二メタライズ電極
９・・・・・外部接続用導体
９ａ・・・・ダミー導体
９ｂ・・・・連結用導体
９ｃ・・・・側面導体
【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。
【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（特許文献１参照）。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セラミック基体２４と、このセラミック基体２４の上面にセラミック基体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が被着されたセラミック板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セラミック板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】
【特許文献１】
特開２００１−３５６０６４号公報（第２頁、図４）
【０００４】
【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。
【０００５】
そこで、本願出願人は、特開２００１−３５６０６４号において、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、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、この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して成る圧力検出装置用パッケージを提案した。
【０００６】
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内側面に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。
【０００７】
そして、この特開２００１−３５６０６４号で提案した圧力検出装置用パッケージによると、セラミック基体の外周部には、セラミック基体の一方の主面から側面にかけて下面視で略四角形状に形成された複数の切欠き部が配列されており、この複数の切欠き部の配列に対応するように複数の外部接続用導体がセラミック基体の一方の主面に被着され、さらに外部接続用導体とメタライズ配線導体とを接続する側面導体が切欠き部の側面に被着されている。そして、この複数の外部接続用導体は半導体素子の各電極に電気的に接続されており、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されることによりパッケージ内部に収容される半導体素子が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。また、切欠き部の側面の側面導体と外部回路基板の配線導体との間には導電性接合材から成るメニスカスが形成されることにより、外部電気回路基板の配線導体との接合がより強固なものとされている。
【０００８】
しかしながら、セラミックはその硬度は高いが脆いという性質を有することから、セラミック基体側面の各コーナー部に切欠き部を形成した場合、この各コーナー部に形成した切欠き部からクラックが発生しやすいために、信頼性の観点から各コーナー部に切欠き部を形成することができず、セラミック基体の各コーナー部と外部電気回路基板との接合強度が充分でないという課題を有していた。
【０００９】
また、セラミック基体の一方の主面の各コーナー部に、外部接続用のダミー導体を形成することも考えられる。しかしながら、通常、外部接続用の導体は導電性接合材との接合を良好、かつ強固とするためにその表面に電解めっきにより金やニッケル・半田等の良導電性の金属めっき層を被着させる必要があるが、電解めっきを行なうには、金属めっき層を被着させる箇所に通電用の端子を当接させる必要があり、セラミック基体のコーナー部では、このような通電用の端子の当接によっても欠けやクラックが発生する危険性があり、セラミック基体の一方の主面の各コーナー部に外部接続用のダミー導体を形成したとしても、セラミック基体に欠けやクラックを発生させずにダミー導体の表面に電解めっき層を被着させることが困難であるという問題点を有していた。
【００１０】
さらに、この圧力検出装置用パッケージの複数の外部接続用導体は、近時のパッケージの多端子化および小型化に伴って、複数の外部接続用導体の幅およびその隣り合う隙間が小さなものとなってきており、そのため、この複数の外部接続用導体が外部電気回路基板の配線導体へ半田等の導電性接合材を介して接合される場合において、セラミック基体の一方の主面に被着された複数の外部接続用導体と外部電気回路基板の配線導体との接合面積が小さくなるとともに、側面導体と外部回路基板の配線導体との間の導電性接合材から成るメニスカスの形成も非常に小さなものとなり、外部電気回路基板への接合強度が非常に低下してしまうという問題点を有していた。
【００１１】
また、セラミック基体の一方の主面に被着された複数の外部接続用導体は、セラミック基体の各側面の配列ごとに形状および面積が不均一であると、外部接続用導体が外部電気回路基板へ半田等の導電性接合材を介して接合される場合に、外部接続用導体毎に半田等の導電性接合材によって形成されるバンプの高さが不均一となって、セラミック基体と外部電気回路基板の配線導体間で接合不良が発生してしまうという問題点を、さらにはもっとも大きな応力が作用するセラミック基体のコーナー近傍の接合部において接合部が破壊してしまい、その接合部の切欠き部からセラミック基体のコーナー部にかけて欠けやクラックが発生してしまうという問題点を有していた。
【００１２】
またさらには、この接合強度の低下により、例えば、車のタイヤ内の内圧を検出する圧力検出装置の場合、外部接続用のダミー導体と外部電気回路基板の配線導体との接合部には、タイヤ内の内圧が印加され続けているとともに、走行中の振動などによるタイヤ外の外圧が繰り返し印加されるため、これらの外力により接合部が破壊してしまったり、また停車時や走行中のタイヤ内の温度変化により、例えば、パッケージがセラミックで外部電気回路基板がガラスエポキシ樹脂の場合など、その熱膨張係数が互いに異なるため、この温度変化により、特にセラミック基体のコーナー部の接合部には大きな応力が発生し、その応力により接合部が破壊してしまうこととなり、パッケージの内部に収容する半導体素子の各電極が外部電気回路に電気的に接続できなくなるという問題点を有していた。
【００１３】
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、外部の圧力を正確に検出することができるとともに、大きな外力や内部応力によって外部電気回路基板との接合部が破壊されることがなく、電気的な接続信頼性の高い実装が可能となる圧力検出装置を提供することにある。
【００１４】
【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、その一端が前記搭載部またはその周辺に導出するように配設されており、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接合されたセラミック板と、前記密閉空間内の前記セラミック基体の他方の主面に被着されており、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主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ており、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して成る圧力検出装置用パッケージであって、前記セラミック基体の前記一方の主面に複数のダミー導体が各コーナー近傍に配設されて被着され、前記ダミー導体間にそれぞれ前記セラミック基体の側面に沿った配列で複数の外部接続用導体が被着されるとともに、この外部接続用導体は各外部接続用導体から前記側面にかけて被着された側面導体を介して前記メタライズ配線導体に電気的に接続されており、前記外部接続用導体および前記ダミー導体は、前記一方の主面の中心に対してそれぞれ略点対称となるように配列されているとともにそれぞれの面積および形状が前記外部接続用導体同士および前記ダミー導体同士で略同一となるように形成されており、前記ダミー導体は、その面積が前記外部接続用導体の面積よりも広く、かつ隣接する前記外部接続用導体のいずれか一方と両者間に形成された帯状の連結用導体を介して電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、外部接続用導体およびダミー導体が一方の主面の中心に対してそれぞれ略点対称となるように配列されているとともにそれぞれの面積および形状が外部接続用導体同士およびダミー導体同士で略同一となるように形成されていることから、外部接続用導体およびダミー導体が外部電気回路基板の配線導体へ半田等の導電性接合材を介して接合される場合において、その接合部への外力や内部応力が均一に分散され応力が一箇所に集中することがなくなり、もっとも大きな応力が作用するセラミック基体のコーナー近傍の接合部においても、その接合部が破壊して接合部の切欠き部からセラミック基体のコーナー部にかけて欠けやクラックが発生することを防止することができる。
【００１６】
また、一方の主面の各コーナー近傍に配設されて被着された複数のダミー導体が、隣接する外部接続用導体のいずれか一方と両者間に形成された帯状の連結用導体を介して電気的に接続されていることから、コーナー近傍に配設されたダミー導体に電解めっきにより金属めっき層を被着させるための通電用の端子を当接させずに、すなわちセラミック基体のコーナー部に欠けやクラックを発生させることなく、ダミー導体の表面に電解めっき層を良好に被着させることが可能となり、その結果、このコーナー部に配設された外部接続用のダミー導体が外部電気回路基板の配線導体に接合されることで、その他の外部接続用導体と外部電気回路基板の配線導体との接合を補強することができる。
【００１７】
さらに、ダミー導体は、その面積が外部接続用導体の面積より広いことから、ダミー導体に半田等の導電性接合材によって形成されるバンプの高さが外部接続用導体に形成されるバンプの高さより高いものとなろうとしても、半田等の導電性接合材はその自重により帯状の連結用導体を介して外部接続用導体へ流動し、さらにはセラミック基体側面に被着された側面導体へ流動することによって、ダミー導体に形成されるバンプの高さが他の複数の外部接続用導体に形成されるバンプの高さと略同じ高さとなり、その結果、セラミック基体と外部電気回路基板間で接合不良が発生してしまうこともない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の圧力検出装置用パッケージを添付の図面に基づいて詳細に説明する。
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、図２は、図１に示す圧力検出装置用パッケージの下面図であり、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。
【００１９】
セラミック基体１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・炭化珪素質焼結体・窒化珪素質焼結体・ガラス−セラミックス等の電気絶縁材料から成る略四角平板状の積層体であり、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ー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約１６００℃の温度で焼成することにより製作される。
【００２０】
セラミック基体１は、その一方の主面中央部、本実施例では下面中央部に半導体素子３を収容するための凹部１ａが形成されており、これにより半導体素子３を収容する容器として機能する。そして、この凹部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。
【００２１】
また、搭載部１ｂには半導体素子３の各電極と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。
【００２２】
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の外周部に導出して、後述する複数の外部接続用導体９に側面導体９ｃを介して、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に半田バンプ６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、複数の外部接続用導体９を外部電気回路基板１０の配線導体１１に半田等の導電性接合材１２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。
【００２３】
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１２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。
【００２４】
また、セラミック基体１の他の主面中央部、すなわち本実施例では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。
【００２５】
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。なお、第一メタライズ電極７の露出表面には、第一メタライズ電極７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】
また、セラミック基体１の上面には凹部１ｃを覆う略平板状のセラミック板２がセラミック基体１の上面との間に略円板状の密閉空間Ｓを形成するようにして可鍛な状態でセラミック基体１に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−セラミック等のセラミック材料から成る厚みが０．０１〜５ｍｍの略四角または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。
【００２７】
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ー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。
【００２８】
なお、セラミック板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、セラミック板２の厚みは、０．０１〜５ｍｍの範囲が好ましい。
【００２９】
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。
【００３０】
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Ｓ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。
【００３１】
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と対向する所定の形状に形成される。なお、第二メタライズ電極８の露出表面には、第二メタライズ電極８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。
【００３２】
さらに、図２に示すように、セラミック基体１の下面には複数のダミー導体９ａが各コーナー近傍に配設されて被着され、ダミー導体９ａ間にそれぞれセラミック基体１の側面に沿った配列で複数の外部接続用導体９が被着されるとともに、この外部接続用導体９は各外部接続用導体９から側面にかけて被着された側面導体９ｃを介してメタライズ配線導体５に電気的に接続されている。さらに、外部接続用導体９およびダミー導体９ａは、下面の主面の中心に対してそれぞれ略点対称となるように配列されているとともにそれぞれの面積および形状が外部接続用導体９同士およびダミー導体９ａ同士で略同一となるように形成されており、ダミー導体９ａは、その面積が外部接続用導体９の面積よりも広く、かつ隣接する外部接続用導体９のいずれか一方と両者間に形成された帯状の連結用導体９ｂを介して電気的に接続されている。
【００３３】
そして、半導体素子３の各電極をメタライズ配線導体５に半田バンプ６等の電気的接続手段を介して電気的に接続するとともに半導体素子３を樹脂製封止材４で封止した後、複数の外部接続用導体９が外部電気回路基板１０の配線導体１１に半田等の導電性接合材１２を介して接合される。また、この接合において、切欠き部１ｄ表面の側面導体９ｃと外部電気回路基板１０の配線導体１１のとの間に導電性接合材１２から成るメニスカス１２ａが形成され、このメニスカス１２ａにより、パッケージが外部電気回路基板１０へ強固に接合されるとともに内部に収容する半導体素子３の電極が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【００３４】
このとき、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいては、外部接続用導体９およびダミー導体９ａは、下面の中心に対してそれぞれ略点対称となるように配列されているとともにそれぞれの面積および形状が外部接続用導体９同士およびダミー導体９ａ同士で略同一となるように形成されていることが重要である。
【００３５】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、外部接続用導体９およびダミー導体９ａが一方の主面の中心に対してそれぞれ略点対称となるように配列されているとともにそれぞれの面積および形状が外部接続用導体９同士およびダミー導体９ａ同士で略同一となるように形成されていることから、外部接続用導体９およびダミー導体９ａが外部電気回路基板１０の配線導体１１へ半田等の導電性接合材１２を介して接合される場合において、その接合部への外力や内部応力が均一に分散され応力が一箇所に集中することがなくなり、もっとも大きな応力が作用するセラミック基体１のコーナー近傍の接合部においても、その接合部が破壊して接合部の切欠き部１ｄからセラミック基体１のコーナー部にかけて欠けやクラックが発生することを防止することができる。
【００３６】
また、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいては、一方の主面の各コーナー近傍に配設されて被着された複数のダミー導体９ａが、隣接する外部接続用導体９のいずれか一方と両者間に形成された帯状の連結用導体９ｂを介して電気的に接続されており、このことが重要である。
【００３７】
また、本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、一方の主面の各コーナー近傍に配設されて被着された複数のダミー導体９ａが、隣接する外部接続用導体９のいずれか一方と両者間に形成された帯状の連結用導体９ｂを介して電気的に接続されていることから、コーナー近傍に配設されたダミー導体９ａに電解めっき層を被着させるための通電用の端子を当接させずに、すなわちセラミック基体１のコーナー部に欠けやクラックを発生させることなく、ダミー導体９ａの表面に電解めっき層を良好に被着させることが可能となり、その結果、このコーナー部に配設された外部接続用のダミー導体９ａが外部電気回路基板１０の配線導体１１に接合されることで、その他の外部接続用導体９と外部電気回路基板１０の配線導体１１との接合を補強することができる。
【００３８】
さらに、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいては、ダミー導体９ａの面積を外部接続用導体９面積より広くすることが重要である。
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、ダミー導体９ａに半田等の導電性接合材によって形成されるバンプの高さが外部接続用導体９に形成されるバンプの高さより高いものとなろうとしても、半田等の導電性接合材１２はその自重により帯状の連結用導体９ｃを介して隣接する外部接続用導体９へ流動し、さらにはセラミック基体１側面に被着された側面導体９ｃへ流動することによって、ダミー導体９ａに形成されるバンプの高さが他の複数の外部接続用導体９に形成されるバンプの高さと略同じ高さとなり、その結果、セラミック基体１と外部電気回路基板１０の配線導体１１間で接合不良が発生してしまうこともない。
【００３９】
なお、外部接続用導体９およびダミー導体９ａは、その縦・横の長さが１〜５ｍｍ程度で、連結用導体９ｂの幅は連結用導体９ｂが連結する外部接続用導体９およびダミー導体９ａの辺の辺方向の長さの３／１００〜１／２が好ましく、３／１００未満であると、半田等の導電性接合材１２がダミー導体９ａから外部接続用導体９へ良好に流動することが困難となる傾向があり、また、１／２を超えると半田等の導電性接合材１２がダミー導体９ａから外部接続用導体９へ流動し過ぎる傾向があり、その結果、ダミー導体９ａおよび外部接続用導体９に形成される半田等の導電性接合材１２のバンプの高さが不均一となり、セラミック基体１と外部電気回路基板間で接合不良が発生してしまう危険性がある。
【００４０】
また、ダミー導体９ａの面積は、外部接続用導体９の面積の１．２〜１．５倍とすることが好ましく、面積が１．２倍未満であると導電性接合材１２がダミー導体９ａから外部接続用導体９を介して側面導体９ｃへ流動し過ぎる傾向があり、また、１．５倍を超えると導電性接合材１２の量が多くなり過ぎる傾向があり、ダミー導体９ａおよび外部接続用導体９に形成される半田等の導電性接合材１２のバンプの高さが不均一となり、セラミック基体１と外部電気回路基板間で接合不良が発生してしまう危険性がある。
【００４１】
なお、図２の下面図には、外部接続用導体９の形状が凹状で、ダミー導体９ａの形状が長方形状である例を示しているが、このように外部接続用導体９とダミー導体９ａの形状が異なっている場合においても、ダミー導体９ａの面積を外部接続用導体９の面積の１．２〜１．５倍とすることが好ましい。
【００４２】
また、このダミー導体９ａが形成されるセラミック基体１のコーナー部には、セラミック基体１の側面に導電性接合材１２でメニスカスを形成してより強固に接合させるための切欠き部１ｄは形成されておらず、そのためセラミック基体１のコーナー部における機械的強度が強くなる。
【００４３】
また、このような外部接続用導体９、ダミー導体９ａ、連結用導体９ｂおよび側面導体９ｃ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の下面から側面、すなわち本実施例では切欠き部１ｄの表面にかけて所定のパターンに形成される。なお、外部接続用導体９、ダミー導体９ａ、連結用導体９ｂおよび側面導体９ｃの露出表面には、これらが酸化腐食するのを防止するとともにこれらと半田等の導電性接合材１２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。
【００４４】
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Ｓ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。
【００４５】
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が高く、外部の圧力を正確に検出することができる圧力検出装置を提供することができる。
【００４６】
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正確に検出することが可能な圧力検出装置となる。
【００４７】
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、セラミック基体１とセラミック板２とを焼結一体化させることにより接合したが、セラミック基体１とセラミック板２とはろう付けにより接合してもよい。また、セラミック基体１の側面に切欠き部１ｄを形成してその表面に外部接続用導体９を被着させたが、切欠き部１ｄを形成せずに側面導体９ｃをセラミック基体１の側面に被着させただけでもよい。さらに、切欠き部１ｄの形状を略四角形状としたが、その他形状であっても構わない。
【００４８】
【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、外部接続用導体およびダミー導体が一方の主面の中心に対してそれぞれ略点対称となるように配列されているとともにそれぞれの面積および形状が外部接続用導体同士およびダミー導体同士で略同一となるように形成されていることから、外部接続用導体およびダミー導体が外部電気回路基板の配線導体へ半田等の導電性接合材を介して接合される場合において、その接合部への外力や内部応力が均一に分散され応力が一箇所に集中することがなくなり、もっとも大きな応力が作用するセラミック基体のコーナー近傍の接合部においても、その接合部が破壊して接合部の切欠き部からセラミック基体のコーナー部にかけて欠けやクラックが発生することを防止することができる。
【００４９】
また、一方の主面の各コーナー近傍に配設されて被着された複数のダミー導体が、隣接する外部接続用導体のいずれか一方と両者間に形成された帯状の連結用導体を介して電気的に接続されていることから、コーナー近傍に配設されたダミー導体に電解めっき層を被着させるための通電用の端子を当接させずに、すなわちセラミック基体のコーナー部に欠けやクラックを発生させることなく、ダミー導体の表面に電解めっき層を良好に被着させることが可能となり、その結果、このコーナー部に配設された外部接続用のダミー導体が外部電気回路基板の配線導体に接合されることで、その他の外部接続用導体と外部電気回路基板の配線導体との接合を補強することができる。
【００５０】
さらに、ダミー導体は、その面積が外部接続用導体の面積より広いことから、ダミー導体に半田等の導電性接合材によって形成されるバンプの高さが外部接続用導体に形成されるバンプの高さより高いものとなろうとしても、半田等の導電性接合材はその自重により帯状の連結用導体を介して外部接続用導体へ流動し、さらにはセラミック基体側面に被着された側面導体へ流動することによって、ダミー導体に形成されるバンプの高さが他の複数の外部接続用導体に形成されるバンプの高さと略同じ高さとなり、その結果、セラミック基体と外部電気回路基板間で接合不良が発生してしまうこともない。
【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下面図である。
【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・・・・・セラミック基体
２・・・・・セラミック板
３・・・・・半導体素子
５・・・・・メタライズ配線導体
７・・・・・第一メタライズ電極
８・・・・・第二メタライズ電極
９・・・・・外部接続用導体
９ａ・・・・ダミー導体
９ｂ・・・・連結用導体
９ｃ・・・・側面導体
Claims (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、その一端が前記搭載部またはその周辺に導出するように配設されており、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接合されたセラミック板と、前記密閉空間内の前記セラミック基体の他方の主面に被着されており、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主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ており、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して成る圧力検出装置用パッケージであって、前記セラミック基体の前記一方の主面に複数のダミー導体が各コーナー近傍に配設されて被着され、前記ダミー導体間にそれぞれ前記セラミック基体の側面に沿った配列で複数の外部接続用導体が被着されるとともに、該外部接続用導体は各外部接続用導体から前記側面にかけて被着された側面導体を介して前記メタライズ配線導体に電気的に接続されており、前記外部接続用導体および前記ダミー導体は、前記一方の主面の中心に対してそれぞれ略点対称となるように配列されているとともにそれぞれの面積および形状が前記外部接続用導体同士および前記ダミー導体同士で略同一となるように形成されており、前記ダミー導体は、その面積が前記外部接続用導体の面積よりも広く、かつ隣接する前記外部接続用導体のいずれか一方と両者間に形成された帯状の連結用導体を介して電気的に接続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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002259388A JP2004101207A (ja) | 2002-09-04 | 2002-09-04 | 圧力検出装置用パッケージ |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2004101207A true JP2004101207A (ja) | 2004-04-02 |
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| JP2002259388A Pending JP2004101207A (ja) | 2002-09-04 | 2002-09-04 | 圧力検出装置用パッケージ |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016511401A (ja) * | 2013-02-21 | 2016-04-14 | エプコス アクチエンゲゼルシャフトＥｐｃｏｓ Ａｇ | センサシステム |
| JP2016514254A (ja) * | 2013-02-21 | 2016-05-19 | エプコス アクチエンゲゼルシャフトＥｐｃｏｓ Ａｇ | 圧力センサシステム |
-
2002
- 2002-09-04 JP JP2002259388A patent/JP2004101207A/ja active Pending
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| JP2016514254A (ja) * | 2013-02-21 | 2016-05-19 | エプコス アクチエンゲゼルシャフトＥｐｃｏｓ Ａｇ | 圧力センサシステム |
| US9909946B2 (en) | 2013-02-21 | 2018-03-06 | Epcos Ag | Pressure sensor system |
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