JP2004163148A

JP2004163148A - 半導体圧力センサ

Info

Publication number: JP2004163148A
Application number: JP2002326743A
Authority: JP
Inventors: Hajime Kato; 肇加藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2004-06-10
Also published as: DE10316084A1

Abstract

【課題】この発明は、樹脂モールドした樹脂パッケージの底面に圧力センサチップを配置した半導体圧力センサにおいて、外形を小形化できる半導体圧力センサを得る。
【解決手段】この発明に係わる半導体圧力センサは、圧力導入孔１ｆを有する有底筒状の樹脂パッケージ１の底部１ｃに、接着剤３を充填し、この接着剤３でセラミック基板４を接着し、このセラミック基板４の連通孔４ｄと上記圧力導入孔１ｆとを通じて導入される圧力を応力に変換する圧力センサチップ６が上記セラミック基板４に接着剤５で接着されるものである。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体圧力センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体圧力センサは、半導体圧力センサチップをガラス台座に陽極接合法等により接合し、ガラス台座の半導体圧力センサチップとの接合面と異なる面側は、ゴム、ゲル状のシリコン樹脂またはエポキシ樹脂等の低応力の接着剤により母基板にダイボンディングされている。半導体圧力センサチップは、単結晶シリコン基板に、片面に受圧面が形成されて圧力を応力に変換するダイヤフラムと、歪ゲージと、電極とを形成したもので、ピエゾ抵抗効果により圧力の変化を電気抵抗の変化に変換して出力するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３３２５０５号公報（第２−３頁、図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のような構成においては、樹脂モールドした樹脂パッケージの底面の略中央に凹部を設け、そこにガラス台座を接着剤によってマウントしている。このため、温度によって樹脂パッケージに微少なたわみが生じると、ガラス台座がそのたわみに応じて変形しようとする。それを防ぐためには、ガラス台座を厚くする必要があり、半導体圧力センサが大型化するといる問題を有していた。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、外形を小形化できる半導体圧力センサを得るものである。
また。第２の目的は、樹脂パッケージが熱変形した際においても、圧力センサチップの圧力検出精度を向上できる半導体圧力センサを得るものである。
更に、第３の目的は、接着層でのせん断力を大幅に低減でき、圧力センサチップの定格圧力を向上できる半導体圧力センサを得るものである。
また、更に、第４の目的は、圧力センサチップとセラミック基板との接着強度を改善でき、圧力パス（圧力が逃げる穴）の密閉効果が向上できる半導体圧力センサを得るものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる半導体圧力センサは、圧力導入孔を有する有底筒状の樹脂パッケージの底部に、第１の接着剤を充填し、この第１の接着剤でセラミック基板を接着し、このセラミック基板の連通孔と上記圧力導入孔とを通じて導入される圧力を応力に変換する圧力センサチップが上記セラミック基板に第２の接着剤で接着されるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１を図１乃至図２により説明する。なお、図１は半導体圧力センサの斜視図、図２は半導体圧力センサの断面図である。図において、樹脂パッケージ１は、一端１ａが開口した筒部１ｂと、この筒部１ｂに連続した底部１ｃと、他端１ｄからニップル１ｅが突出し、このニップル１ｅには樹脂パッケージ１の内外を連通させる圧力導入口１ｆが形成されている。上記樹脂パッケージ１には上記筒部１ｂを貫通したリード２が一体に成型されており、一端２ａは上記筒部１ｂからＬ状に突出し、他端２ｂは上記底部１ｃに露出している。
【０００８】
上記底部１ｃには、第１の接着剤としてエポキシ樹脂からなる接着剤３が充填されている。上記接着剤３にセラミック基板４の一端面４ａの外周側のみが固着され、中央部４ｂには上記接着剤３は付着しない。また、上記セラミック基板４の他端面４ｃの外周側のみに、第２の接着剤としてエポキシ樹脂からなる接着剤５が塗布されており、この接着剤５に例えば単結晶シリコン基板からなる圧力センサチップ６が固着される。この圧力センサチップ６は、上記セラミック基板４に対向した薄肉状のダイヤフラム部６ａと、このダイヤフラム部６ａの周囲から上記セラミック基板４側に突設される鍔部６ｂとからなり、この鍔部６ｂの端面６ｃ全域が上記セラミック基板４の他端面４ｃに上記接着剤５で接着される。
【０００９】
測定される圧力は、上記ダイヤフラム部６ａと上記鍔部６ｂとで囲まれる空間７に、上記セラミック基板４の連通孔４ｄと上記圧力導入口１ｆを介して導入される。圧力センサチップ６に設けられた電極（図示せず）はボンディングワイヤ８によりリード２の他端２ｂにボンディングされている。樹脂パッケージ１の一端１ａは蓋９で塞がれており、樹脂パッケージ１の内部は上記蓋９に形成された連通孔９ａを介して外部と連通している。
【００１０】
上記のような構成では、圧力センサチップ６のダイヤフラム部６ａと鍔部６ｂとで囲まれる空間７に、ニップル１ｅの圧力導入口１ｆと、セラミック基板４の連通孔４ｄとを介して測定される圧力が導入される。ダイヤフラム部６ａには圧力に応じた歪が発生し、それが電気信号に変換され、ボンディングワイヤ８とリード２とを介して出力される。ここで、樹脂パッケージ１と圧力センサチップ６の間には、圧力センサチップ６の材料となるシリコンの熱膨張係数に近いセラミックス基板４を介在させており、樹脂パッケージ１が熱変形した際、セラミックス基板４を介して、樹脂パッケージ１の熱応力が緩和されることになり、圧力センサチップ６のダイヤフラム部６ａの歪が抑えられ、ダイヤフラム部６ａの圧力検出制度がお幅に向上する。また、セラミックス基板４自体が薄肉に構成できることから、樹脂パッケージ１の底部１ｃに位置する圧力センサチップ６の高さが低くなり、装置の小形化を図ることができる。
【００１１】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２を図３により説明する。なお、図３は半導体圧力センサの断面図である。図において、樹脂パッケージ１の圧力導入口１ｆの底部側端面１ｇには、この底部側端面１ｇよりも深く形成されて上記圧力導入孔１ｆの上記底部側端面１ｇの周囲をリング状に囲む凹部１ｈが形成されている。上記凹部１ｈには、この凹部１ｈの深さ寸法よりも大きい直径の球状ビース３ａを含有したシリコンからなる接着剤３が充填されている。このため、樹脂パッケージ１とセラミックス基板４とを接着させる接着剤の厚みの偏りが防止され、樹脂パッケージ１が熱変形した際においても、セラミックス基板４に加わる応力が均一になる。また、上記セラミック基板４の他端面４ｃの外周側のみにシリコンからなる接着剤５が塗布されており、この接着剤５に例えば単結晶シリコン基板からなる圧力センサチップ６が固着される。この圧力センサチップ６は、鍔部６ｂの端面６ｃが上記セラミック基板４の他端面４ｃに接着剤５で接着される。
【００１２】
上記のような構成では、上記凹部１ｈには、シリコンからなる接着剤３が充填されているので、樹脂パッケージ１が熱変形した際、その樹脂パッケージ１の歪はシリコンからなる接着剤３で緩衝され、更に、圧力センサチップ６は、セラミックス基板４にシリコンからなる接着剤５を介して固着されているので、圧力センサチップ６は、樹脂パッケージ１が熱変形した際においても、接着剤３、５とセラミック基板４とで熱応力が緩和され、圧力センサチップ６の圧力検出精度を大幅に向上できる。また更には、接着剤３は、凹部１ｈの深さ寸法よりも大きい直径の球状ビーズ３ａを含有しているので、セラミック基板４の一端面４ａは、圧力導入口１ｆの底部側端面１ｇから確実に離間することになり、樹脂パッケージ１の熱変形が、直接的にセラミック基板４に作用することを防止できる。
【００１３】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３を図４により説明する。なお、図４は半導体圧力センサの部分断面図である。図において、接着剤３は、１００〜３００μｍの球状ビーズ３ａが含有されたシリコンで構成されており、上記球状ビーズ３ａにより上記接着剤３の厚みが１００〜３００μｍに規制される。接着剤５は、球状ビーズを含まないシリコンで構成されている。ここで、セラミックス基板４は、樹脂パッケージ１とは熱膨張係数が相違しており、シリコンからなる弾性係数の低い接着剤３でセラミックス基板４を樹脂パッケージ１に接着した場合、セラミックス基板４へ発生する歪は、接着剤の厚みｔの３乗に比例して低減できるが、接着剤３の厚みｔが厚くなると、同じ圧力が加わった時でも樹脂パッケージ１との界面へ働くせん断応力が増加し、この界面で上記樹脂パッケージ１と接着剤３とがせん断しやすくなる。そこで、１００〜３００μｍの球状ビーズ３ａで、接着剤３の厚みを１００〜３００μｍに規制しており、上記樹脂パッケージ１と接着剤３との界面でのせん断を防止できる。
【００１４】
また、一方、接着剤５は、球状ビーズを含まないシリコンで構成されており、接着剤５の熱膨張係数が小さいため、接着剤５は球状ビーズを含有させなくても５０μｍ程度の厚さに薄くできるので、上記圧力センサチップ６の電気特性が安定することになる。また、圧力が加わった際、接着層には圧縮力、または引っ張り力が作用することなり、接着層でのせん断力が大幅に低減できる。このように、接着剤３、５の双方の接着層でのせん断力を大幅に低減でき、圧力センサチップ６の定格圧力を向上できる。
【００１５】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４を図５により説明する。なお、図５は半導体圧力センサの断面図である。図において、上記セラミック基板４の外周方向寸法を、圧力センサチップ６の鍔部６ｂの外周方向寸法よりも大に構成しており、セラミック基板４と樹脂パッケージ１との接着面積を大きくとれ、また、上記圧力センサチップ６をセラミック基板４に接着する際に、接着幅を１．５ｍｍ以上確保できため、上記圧力センサチップ６とセラミック基板４との接着強度を改善でき、密閉効果が向上し、圧力パスが形成されること、即ち、セラミック基板との接着界面に圧力が逃げる穴が形成されることが防止できる。
【００１６】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように、一端が開口し、底部に圧力導入孔を有する有底筒状の樹脂パッケージ、上記底部に充填された第１の接着剤、上記圧力導入孔に連通する連通孔を有して一端面が上記第１の接着剤に接着されたセラミック基板、このセラミック基板の他端面に充填された第２の接着剤、この第２の接着剤を介して上記セラミック基板に接着され、上記連通孔と上記圧力導入孔とを通じて導入される圧力を応力に変換する圧力センサチップ、及び上記樹脂パッケージの一端を塞ぐ蓋を備えているので、セラミック基板を介して樹脂パッケージの熱応力が緩和されることになり、圧力センサチップの圧力検出精度が向上する。また、セラミック基板自体の厚さを薄くできることから、樹脂パッケージの底部に位置する圧力センサチップの高さが低くなり、装置の小形化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示す半導体圧力センサの斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１を示す半導体圧力センサの断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２を示す半導体圧力センサの断面図である。
【図４】この発明の実施の形態３を示す半導体圧力センサの部分断面図である。
【図５】この発明の実施の形態４を示す半導体圧力センサの断面図である。
【符号の説明】
１樹脂パッケージ、１ａ一端、１ｃ底部、１ｆ圧力導入孔、１ｈ凹部、３接着剤、３ａ球状ビーズ、４セラミック基板、４ｄ連通孔、５接着剤、６圧力センサチップ、６ａダイヤフラム部、６ｂ鍔部、７空間、９蓋。

Claims

一端が開口し、底部に圧力導入孔を有する有底筒状の樹脂パッケージ、上記底部に充填された第１の接着剤、上記圧力導入孔に連通する連通孔を有して一端面が上記第１の接着剤に接着されたセラミック基板、このセラミック基板の他端面に充填された第２の接着剤、この第２の接着剤を介して上記セラミック基板に接着され、上記連通孔と上記圧力導入孔とを通じて導入される圧力を応力に変換する圧力センサチップ、及び上記樹脂パッケージの一端を塞ぐ蓋を備えた半導体圧力センサ。
第１の接着剤と第２の接着剤はシリコンで構成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体圧力センサ。
第１の接着剤は１００〜３００μｍの球状ビーズを含有したシリコンからなる接着剤で構成され、第２の接着剤は球状ビーズを含有しないシリコンからなる接着剤で構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項２の何れかに記載の半導体圧力センサ。
セラミック基板の外形方向寸法が、圧力センサチップの外形方向寸法よりも大に構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の半導体圧力センサ。