JP2004245696A - 圧力検出装置用パッケージ - Google Patents
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Abstract
【課題】小型で高感度であり、外部の圧力を正確に検出可能な圧力検出装置用のパッケージを提供すること。
【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と対向する第二電極９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、第二電極９または絶縁板２の密閉空間内で第一電極７と対向する部位の中央部に、絶縁板２が撓んだときに第一電極７と当接する高さの突起部１２が形成されている。
【選択図】 図１
【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と対向する第二電極９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、第二電極９または絶縁板２の密閉空間内で第一電極７と対向する部位の中央部に、絶縁板２が撓んだときに第一電極７と当接する高さの突起部１２が形成されている。
【選択図】 図１
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。この静電容量型の圧力検出装置は、図８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４１上に、静電容量型の感圧素子４２と、パッケージ４８に収容された演算用の半導体素子４９とを備えている。
【０００３】
そして、感圧素子４２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４３が被着された凹部を有する絶縁基体４４と、この絶縁基体４４の上面に絶縁基体４４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４５が被着された絶縁板４６と、各静電容量形成用の電極４３・４５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４７とから構成されており、外部の圧力に応じて絶縁板４６が撓むことにより各静電容量形成用の電極４３・４５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４９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。
【０００４】
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４２と半導体素子４９とを配線基板４１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４３・４５と半導体素子４９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号公報（特許文献１）において、図７に断面図で示すような、一方の主面に半導体素子２３が搭載される搭載部２１ｂを有する絶縁基体２１と、この絶縁基体２１の表面および内部に配設され、半導体素子２３の各電極が電気的に接続される複数の配線導体２５と、絶縁基体２１の他方の主面の中央部に被着され、配線導体２５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２７と、絶縁基体２１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２２と、この絶縁板２２の内側主面に第一電極２７と対向して被着され、配線導体２５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２９とを具備す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れば、一方の主面に半導体素子２３が搭載される搭載部２１ｂを有する絶縁基体２１の他方の主面に静電容量形成用の第一電極２７を設けるとともに、この第一電極２７に対向する静電容量形成用の第二電極２９を内側面に有する絶縁板２２を、絶縁基体２５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２３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２３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というものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３５６０６４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の圧力検出装置用パッケージによると、絶縁板２２に一定以上の圧力が印加された際に、絶縁板２２が割れてしまうという問題点を有していた。特に、外部の圧力の検出感度を高めるために、絶縁板２２の厚みを薄くし、絶縁板２２の撓み量を大きくすると、割れが著しく発生しやすくなってしまうという問題点を有していた。
【０００９】
また、上記対策の一つとして、突起部２２ａの厚みを小さくして絶縁基板２１と絶縁板２２との間の距離を狭くすると、絶縁板２２の強度が低下してしまうとともに、外部の圧力が印加された際に、絶縁基板２１と絶縁板２２とを接合しているろう材に塑性変形が発生しやすくなるという問題点を有していた。
【００１０】
本発明はかかる上述の問題点に鑑み案出されたものであり、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可能な圧力検出装置用のパッケージを提供することにある。
【００１１】
【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、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絶縁基体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、前記第二電極または前記絶縁板の前記密閉空間内で前記第一電極と対向する部位の中央部に、前記絶縁板が撓んだときに前記第一電極と当接する高さの突起部が形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、第二電極または絶縁板の密閉空間内で第一電極と対向する部位の中央部に、絶縁板が撓んだときに第一電極と当接する高さの突起部が形成されていることから、絶縁板に一定以上の圧力が印加されても、絶縁板にはそれ以上の撓みが発生することはなく、その結果、絶縁板の厚みを薄くして外部の圧力の検出感度を高めることができるとともに、絶縁板が撓みすぎて割れることがない。
【００１３】
また、本発明の圧力検出装置用パッケージは、上記構成において、前記突起部は、前記第二電極の主面に形成され、導電性材料から成ることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、上記構成において、突起部が第二電極の主面に形成され、導電性材料から成る場合は、突起部と第一電極とが当接した際に、第一電極と第二電極とが短絡するので、第一電極と第二電極間に発生する静電容量値が大きく変化することとなり、突起部が第一電極と当接したことを容易に判別できる。
【００１５】
さらに、本発明の圧力検出装置用パッケージは、上記構成において、前記突起部は、前記第二電極の主面に形成され、絶縁性材料から成ることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、上記構成において、突起部が第二電極の主面に形成され、絶縁性材料から成る場合は、突起部と第一電極とが当接した際に、第一電極と第二電極とが短絡することはないので、急激な電流の発生等により圧力検出装置に故障等の不具合が発生することもない。
【００１７】
また、本発明の圧力検出装置用パッケージは、上記構成において、前記突起部は、前記絶縁板の前記内側主面に前記第二電極を貫通して形成され、導電性材料から成ることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、上記構成において、突起部が絶縁板の内側主面に第二電極を貫通して形成され、導電性材料から成る場合には、突起部は第二電極上に形成されないのでその高さを精度良く形成することができるとともに、突起部と第一電極とが当接した際に、第一電極と第二電極とが短絡するので、第一電極と第二電極間に発生する静電容量値が大きく変化することとなり、突起部が第一電極と当接したことを容易に判別することできる。
【００１９】
さらに、本発明の圧力検出装置用パッケージは、上記構成において、前記突起部は、前記絶縁板の前記内側主面に前記第二電極を貫通して形成され、絶縁性材料から成ることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、上記構成において、突起部が絶縁板の内側主面に第一電極を貫通して形成され、絶縁性材料から成る場合には、突起部は第一電極上に形成されないのでその高さを精度良く形成することができるとともに、突起部と第一電極とが当接した際に、第一電極と第二電極とが短絡することはないので、急激な電流の発生等により圧力検出装置に故障等の不具合が発生することもない。
【００２１】
【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。
【００２２】
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において、絶縁板が撓んで第二電極と突起部とが当接している状態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。
【００２３】
絶縁基体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。
【００２４】
絶縁基体１は、その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。
【００２５】
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。
【００２６】
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等の導電性材料から成る導電性接合部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。
【００２７】
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、別の一部は第一電極７・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に半田バンプ６等の導電性接合部材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、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（図示せず）に半田等の導電性接合材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。
【００２８】
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と半田等の導電性接合材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。
【００２９】
また、絶縁基体１の上面中央部には、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の電極を半田バンプ６等の導電性接合部材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。
【００３０】
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。なお、第一電極７の露出表面には、第一電極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。
【００３１】
また、絶縁基体１の上面外周部には、その全周にわたり枠状の第一接合用メタライズ層８が被着されており、この第一接合用メタライズ層８には、後述する下面に第二電極９を有する絶縁板２の、下面外周部の突起部２ａの下面に形成された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−銅ろう材等の導電性接合材を介して接合することにより取着されている。
【００３２】
この第一接合用メタライズ層８には配線導体５の一つ５ｂが接続されており、それによりこの配線導体５ｂに半導体素子３の電極を半田バンプ６等の導電性接合部材を介して電気的に接続すると第一接合用メタライズ層８に接続された第二接合用メタライズ層１０と半導体素子３の電極とが電気的に接続されるようになっている。
【００３３】
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。なお、第一接合用メタライズ層８の露出表面には、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と導電性接合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。
【００３４】
また、絶縁基体１の上面に取着された絶縁板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・窒化珪素質焼結体・炭化珪素質焼結体・ガラス−セラミックス等の電気絶縁材料から成る厚みが０．０１〜５ｍｍ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。
【００３５】
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。
【００３６】
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１６００℃の温度で焼成することにより製作される。
【００３７】
また、絶縁板２の下面外周部には高さが０．１〜５ｍｍ程度の枠状の突起部２ａが設けられており、それにより下面中央部に底面が略平坦な凹部２ｂが形成されている。この凹部２ｂは、絶縁基体１との間に密閉空間を形成するためのものであり、この凹部２ｂの底面には静電容量形成用の第二電極９が被着されている。
【００３８】
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電極として機能し、凹部２ｂの底面の略全面に被着されている。
【００３９】
このような第二電極９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の凹部２ｂの底面の略全面に所定のパターンに形成される。なお、第二電極９の露出表面には、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。
【００４０】
また、絶縁板２の突起部２ａの下面にはその全周にわたり枠状の第二接合用メタライズ層１０が被着されており、この第二接合用メタライズ層１０には、前述の第一接合用メタライズ層８が銀−銅ろう材等の導電性接合材を介して接合することにより取着されている。
【００４１】
また、絶縁板２の突起部２ａの表面または内部には、第二接合用メタライズ１０と第二電極９とを接続するための接続用メタライズ層１１が形成されており、それにより、先述の半導体素子３に電気的に接続された第二接合用メタライズ層１０を介して、第二電極９と半導体素子３の電極とが電気的に接続されるようになっている。
【００４２】
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。
【００４３】
なお、このような第二接合用メタライズ層１０と接続用メタライズ層１１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の突起部２ａ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の下面に形成された第二電極９と導通させるように絶縁板２用のセラミックグリーンシートと積層し、絶縁板２に突起部２ａおよび凹部２ｂを形成した後、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の突起部２ａの下面と、表面または内部とに所定のパターンに形成される。なお、第二接合用メタライズ層１０および接続用メタライズ層１１の露出する表面には、これらが酸化腐食するのを防止するとともに、第二接合用メタライズ層１０と導電性接合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。
【００４４】
そして、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいては、第二電極９または絶縁板２の密閉空間内で第一電極７と対向する部位の中央部に、絶縁板２が撓んだときに第一電極７と当接する高さの突起部１２が形成されている。またこのことが重要である。
【００４５】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、第二電極９または絶縁板２の密閉空間内で第一電極７と対向する部位の中央部に、絶縁板２が撓んだときに第一電極７と当接する高さの突起部１２が形成されていることから、絶縁板２に一定以上の圧力が印加されても、絶縁板２にはそれ以上の撓みが発生することはなく、その結果、絶縁板２の厚みを薄くして外部の圧力の検出感度を高めることができるとともに、絶縁板２が撓みすぎて割れることがない。
【００４６】
なお、突起部１２の高さを規定し、突起部１２と第一電極７間の距離を規定することにより、外部圧力の測定範囲を規定することもできる。
【００４７】
また、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいて、突起部１２が第二電極９の主面に形成され、導電性材料から成る場合は、突起部１２と第一電極７とが当接した際に、第一電極７と第二電極９とが短絡するので、第一電極７と第二電極９間に発生する静電容量値が大きく変化することとなり、突起部１２が第一電極７と当接したことを容易に判別することができる。
【００４８】
さらに、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいて、突起部１２が第二電極９の主面に形成され、絶縁性材料から成る場合は、突起部１２と第一電極７とが当接した際に、第一電極７と第二電極９とが短絡することはないので、急激な電流の発生等により圧力検出装置に故障等の不具合が発生することもない。
【００４９】
また、図３は本発明の圧力検出装置用パッケージの他の実施例の断面図であるが、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいて、図３に断面図で示すように、突起部１２が絶縁板２の内側主面に第二電極９を貫通して形成され、導電性材料から成る場合には、突起部１２は第二電極９上に形成されないのでその高さを精度良く形成することができるとともに、突起部１２と第一電極７とが当接した際に、第一電極７と第二電極９とが短絡するので、第一電極７と第二電極９間に発生する静電容量値が大きく変化することとなり、突起部１２が第二電極７と当接したことを容易に判別できる。
【００５０】
さらに、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいて、図３に断面図で示すように、突起部１２が絶縁板２の内側主面に第二電極９を貫通して形成され、絶縁性材料から成る場合には、突起部１２は第二電極９上に形成されないのでその高さを精度良く形成することができるとともに、突起部１２と第一電極７とが当接した際に、第一電極７と第二電極９とが短絡することはないので、急激な電流の発生等により圧力検出装置に故障等の不具合が発生することもない。
【００５１】
このような突起部１２は、突起部１２が例えば、導電性材料から成り、第二電極９の主面に形成される場合は、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、第二電極９の密閉空間内で第一電極７と対向する部位の中央部に印刷塗布し、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所定のパターン・高さに形成される。あるいは、Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｇ，ステンレススチール，真鍮，Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｃｕ−Ｗ合金等から成る導電性物質をプレス加工や打抜き加工によって所定の形状に加工し、これを第二電極９の密閉空間内で第一電極７と対向する部位の中央部に半田等のろう材や樹脂等の接着剤で接着固定することにより所定のパターン・高さに形成される。
【００５２】
また、突起部１２が例えば、絶縁性材料から成り、第二電極９の主面に形成される場合は、酸化アルミニ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得た絶縁ペーストを従来周知のスクリーン印刷法を採用して第二電極９の密閉空間内で第一電極７と対向する部位の中央部に印刷塗布し、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所定のパターン・高さに形成される。あるいは、酸化アルミニウム質焼結体，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質焼結体等のセラミックスや、エポキシ樹脂，アクリル樹脂，ポリカーボネート，フェノール樹脂，シリコーン樹脂等の樹脂から成る絶縁性材料を所定の形状に加工し、これを第二電極９の密閉空間内で第一電極７と対向する部位の中央部に樹脂等の接着材で接着固定することにより所定のパターン・高さに形成される。
【００５３】
また、絶縁性材料として、エポキシ樹脂，アクリル樹脂，ポリカーボネート，フェノール樹脂，シリコーン樹脂等の樹脂前駆体を、スクリーン法等により、第二電極９の密閉空間内で第一電極７と対向する部位の中央部に印刷した後、樹脂前駆体を乾燥することによりして形成しても良い。
【００５４】
また、突起部１２が例えば、導電性材料から成り、絶縁板２の内側主面に第二電極９を貫通して形成される場合には、第二電極９を絶縁板２の内側主面の突起部１２が形成される領域が開口となるように形成し、絶縁板２の内側主面上の開口に、Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｇ，ステンレススチール，真鍮，Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｃｕ−Ｗ合金等から成る導電性物質を半田等のろう材や樹脂等の接着剤を介して接着固定することにより形成される。また、絶縁板２の内側主面上の開口に、メタライズペーストをスクリーン印刷法等を用いて形成し、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形成してもよい。
【００５５】
さらに、突起部１２が例えば、絶縁性材料から成り、絶縁板２の内側主面に第二電極９を貫通して形成される場合には、第二電極９を絶縁板２の内側主面の突起部１２が形成される領域が開口となるように形成し、絶縁板２の内側主面上の開口に、酸化アルミニウム質焼結体，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質焼結体等のセラミックスや、エポキシ樹脂，アクリル樹脂，ポリカーボネート，フェノール樹脂，シリコーン樹脂等の樹脂から成る絶縁性材料を樹脂等の接着材を介して接着固定することにより形成される。また、絶縁板２の内側主面上の開口に、絶縁ペーストをスクリーン印刷法等を用いて形成し、絶縁板２用の生セラミック成形体とともに焼成したり、エポキシ樹脂，アクリル樹脂，ポリカーボネート，フェノール樹脂，シリコーン樹脂等の樹脂前駆体をスクリーン法等により、第二電極９の密閉空間内で第一電極７と対向する部位の中央部に形成した後、樹脂前駆体を乾燥することによりして形成しても良い。
【００５６】
なお、突起部１２が導電性材料から成る場合、突起部１２の露出表面には、突起部１２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１〜３μｍ程度のニッケルめっき層が被着されている。
【００５７】
このような突起部１２の形状は、円形状，多角形状，四角形状等どのような形状であっても良いが、絶縁基板１と絶縁板２とに若干の接合ずれが発生した場合にも、突起部１２と第一電極７を安定して当接させる、という観点からは円形であることが好ましい。
【００５８】
また、突起部１２の上面は、第一電極７の表面と平行であることが好ましい。突起部１２の上面は、第一電極７の表面と平行であると、第一電極７と突起部１２とが両者の面同士で当接するので、、第一電極７が突起部１２に当接にした際に、、第一電極７が突起部１２の角や辺と当接して絶縁板２に部分的に不要に高い圧力が印加されることはなく、絶縁板２にクラックが発生したり、絶縁板２が割れることはない。
【００５９】
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９を内側面に有する絶縁板２を絶縁基体１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。
【００６０】
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用パッケージを提供することができる。
【００６１】
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の高く、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用パッケージとなる。
【００６２】
なお、本発明は、上述の実施の形態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る。例えば、突起部１２が絶縁基体１の他方の主面に第一電極７を貫通して形成され、導電性材料から成る場合、図４に断面図で示すように、突起部１２とその周囲の第一電極７との間に、両者を絶縁する隙間１２ａを設けてもよい。
【００６３】
また、図５に断面図で示すように、絶縁板２に突起部２ａを形成するかわりに、絶縁基体１側に突起部１ｃを形成してもよい。この場合、第二電極９を絶縁板２の外周部まで延出し、この第二電極９の外周部を第二接合用メタライズ層１０としてもよい。
【００６４】
また、図６に断面図で示すように、絶縁基体１と絶縁板２とが一体化していてもよい。この際、絶縁基体１と絶縁板２がセラミックスから成る場合は、絶縁基体１用の生セラミック成形体と絶縁板２用の生セラミック成形体とが積層されたものを高温にて焼結することで一体化することができる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、第二電極または絶縁板の密閉空間内で第一電極と対向する部位の中央部に、絶縁板が撓んだときに第一電極と当接する高さの突起部が形成されていることから、絶縁板に一定以上の圧力が印加されても、絶縁板にはそれ以上の撓みが発生することはなく、その結果、絶縁板の厚みを薄くして外部の圧力の検出感度を高めることができるとともに、絶縁板が撓みすぎて割れることがない。
【００６６】
また、本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、上記構成において、突起部が第二電極の主面に形成され、導電性材料から成る場合は、突起部と第一電極とが当接した際に、第一電極と第二電極とが短絡するので、第一電極と第二電極間に発生する静電容量値が大きく変化することとなり、突起部が第一電極と当接したことを容易に判別できる。
【００６７】
さらに、本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、上記構成において、突起部が第二電極の主面に形成され、絶縁性材料から成る場合は、突起部と第一電極とが当接した際に、第一電極と第二電極とが短絡することはないので、急激な電流の発生等により圧力検出装置に故障等の不具合が発生することもない。
【００６８】
また、本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、上記構成において、突起部が絶縁基体の内側主面に第二電極を貫通して形成され、導電性材料から成る場合には、突起部は第二電極上に形成されないのでその高さを精度良く形成することができるとともに、突起部と第一電極とが当接した際に、第一電極と第二電極とが短絡するので、第一電極と第二電極間に発生する静電容量値が大きく変化することとなり、突起部が第一電極と当接したことを容易に判別することできる。
【００６９】
さらに、本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、上記構成において、突起部が絶縁基体の内側主面に第二電極を貫通して形成され、絶縁性材料から成る場合には、突起部は第二電極上に形成されないのでその高さを精度良く形成することができるとともに、突起部と第一電極とが当接した際に、第一電極と第二電極とが短絡することはないので、急激な電流の発生等により圧力検出装置に故障等の不具合が発生することもない。
【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において、絶縁板が撓んで第一電極と突起部とが当接している状態を示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図７】従来の圧力検出装置用パッケージの断面図である。
【図８】従来の圧力検出装置用パッケージの断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・・・・絶縁基体
２・・・・・・・・・・・絶縁板
３・・・・・・・・・・・半導体素子
５、５ａ、５ｂ、５ｃ・・配線導体
７・・・・・・・・・・・第一電極
９・・・・・・・・・・・第二電極
１２・・・・・・・・・・・突起部
【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。この静電容量型の圧力検出装置は、図８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４１上に、静電容量型の感圧素子４２と、パッケージ４８に収容された演算用の半導体素子４９とを備えている。
【０００３】
そして、感圧素子４２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４３が被着された凹部を有する絶縁基体４４と、この絶縁基体４４の上面に絶縁基体４４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４５が被着された絶縁板４６と、各静電容量形成用の電極４３・４５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４７とから構成されており、外部の圧力に応じて絶縁板４６が撓むことにより各静電容量形成用の電極４３・４５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４９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。
【０００４】
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４２と半導体素子４９とを配線基板４１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４３・４５と半導体素子４９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号公報（特許文献１）において、図７に断面図で示すような、一方の主面に半導体素子２３が搭載される搭載部２１ｂを有する絶縁基体２１と、この絶縁基体２１の表面および内部に配設され、半導体素子２３の各電極が電気的に接続される複数の配線導体２５と、絶縁基体２１の他方の主面の中央部に被着され、配線導体２５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２７と、絶縁基体２１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２２と、この絶縁板２２の内側主面に第一電極２７と対向して被着され、配線導体２５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２９とを具備す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れば、一方の主面に半導体素子２３が搭載される搭載部２１ｂを有する絶縁基体２１の他方の主面に静電容量形成用の第一電極２７を設けるとともに、この第一電極２７に対向する静電容量形成用の第二電極２９を内側面に有する絶縁板２２を、絶縁基体２５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２３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２３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というものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３５６０６４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の圧力検出装置用パッケージによると、絶縁板２２に一定以上の圧力が印加された際に、絶縁板２２が割れてしまうという問題点を有していた。特に、外部の圧力の検出感度を高めるために、絶縁板２２の厚みを薄くし、絶縁板２２の撓み量を大きくすると、割れが著しく発生しやすくなってしまうという問題点を有していた。
【０００９】
また、上記対策の一つとして、突起部２２ａの厚みを小さくして絶縁基板２１と絶縁板２２との間の距離を狭くすると、絶縁板２２の強度が低下してしまうとともに、外部の圧力が印加された際に、絶縁基板２１と絶縁板２２とを接合しているろう材に塑性変形が発生しやすくなるという問題点を有していた。
【００１０】
本発明はかかる上述の問題点に鑑み案出されたものであり、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可能な圧力検出装置用のパッケージを提供することにある。
【００１１】
【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、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絶縁基体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、前記第二電極または前記絶縁板の前記密閉空間内で前記第一電極と対向する部位の中央部に、前記絶縁板が撓んだときに前記第一電極と当接する高さの突起部が形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、第二電極または絶縁板の密閉空間内で第一電極と対向する部位の中央部に、絶縁板が撓んだときに第一電極と当接する高さの突起部が形成されていることから、絶縁板に一定以上の圧力が印加されても、絶縁板にはそれ以上の撓みが発生することはなく、その結果、絶縁板の厚みを薄くして外部の圧力の検出感度を高めることができるとともに、絶縁板が撓みすぎて割れることがない。
【００１３】
また、本発明の圧力検出装置用パッケージは、上記構成において、前記突起部は、前記第二電極の主面に形成され、導電性材料から成ることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、上記構成において、突起部が第二電極の主面に形成され、導電性材料から成る場合は、突起部と第一電極とが当接した際に、第一電極と第二電極とが短絡するので、第一電極と第二電極間に発生する静電容量値が大きく変化することとなり、突起部が第一電極と当接したことを容易に判別できる。
【００１５】
さらに、本発明の圧力検出装置用パッケージは、上記構成において、前記突起部は、前記第二電極の主面に形成され、絶縁性材料から成ることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、上記構成において、突起部が第二電極の主面に形成され、絶縁性材料から成る場合は、突起部と第一電極とが当接した際に、第一電極と第二電極とが短絡することはないので、急激な電流の発生等により圧力検出装置に故障等の不具合が発生することもない。
【００１７】
また、本発明の圧力検出装置用パッケージは、上記構成において、前記突起部は、前記絶縁板の前記内側主面に前記第二電極を貫通して形成され、導電性材料から成ることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、上記構成において、突起部が絶縁板の内側主面に第二電極を貫通して形成され、導電性材料から成る場合には、突起部は第二電極上に形成されないのでその高さを精度良く形成することができるとともに、突起部と第一電極とが当接した際に、第一電極と第二電極とが短絡するので、第一電極と第二電極間に発生する静電容量値が大きく変化することとなり、突起部が第一電極と当接したことを容易に判別することできる。
【００１９】
さらに、本発明の圧力検出装置用パッケージは、上記構成において、前記突起部は、前記絶縁板の前記内側主面に前記第二電極を貫通して形成され、絶縁性材料から成ることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、上記構成において、突起部が絶縁板の内側主面に第一電極を貫通して形成され、絶縁性材料から成る場合には、突起部は第一電極上に形成されないのでその高さを精度良く形成することができるとともに、突起部と第一電極とが当接した際に、第一電極と第二電極とが短絡することはないので、急激な電流の発生等により圧力検出装置に故障等の不具合が発生することもない。
【００２１】
【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。
【００２２】
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において、絶縁板が撓んで第二電極と突起部とが当接している状態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。
【００２３】
絶縁基体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。
【００２４】
絶縁基体１は、その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。
【００２５】
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。
【００２６】
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等の導電性材料から成る導電性接合部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。
【００２７】
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、別の一部は第一電極７・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に半田バンプ６等の導電性接合部材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、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（図示せず）に半田等の導電性接合材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。
【００２８】
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と半田等の導電性接合材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。
【００２９】
また、絶縁基体１の上面中央部には、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の電極を半田バンプ６等の導電性接合部材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。
【００３０】
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。なお、第一電極７の露出表面には、第一電極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。
【００３１】
また、絶縁基体１の上面外周部には、その全周にわたり枠状の第一接合用メタライズ層８が被着されており、この第一接合用メタライズ層８には、後述する下面に第二電極９を有する絶縁板２の、下面外周部の突起部２ａの下面に形成された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−銅ろう材等の導電性接合材を介して接合することにより取着されている。
【００３２】
この第一接合用メタライズ層８には配線導体５の一つ５ｂが接続されており、それによりこの配線導体５ｂに半導体素子３の電極を半田バンプ６等の導電性接合部材を介して電気的に接続すると第一接合用メタライズ層８に接続された第二接合用メタライズ層１０と半導体素子３の電極とが電気的に接続されるようになっている。
【００３３】
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。なお、第一接合用メタライズ層８の露出表面には、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と導電性接合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。
【００３４】
また、絶縁基体１の上面に取着された絶縁板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・窒化珪素質焼結体・炭化珪素質焼結体・ガラス−セラミックス等の電気絶縁材料から成る厚みが０．０１〜５ｍｍ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。
【００３５】
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。
【００３６】
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１６００℃の温度で焼成することにより製作される。
【００３７】
また、絶縁板２の下面外周部には高さが０．１〜５ｍｍ程度の枠状の突起部２ａが設けられており、それにより下面中央部に底面が略平坦な凹部２ｂが形成されている。この凹部２ｂは、絶縁基体１との間に密閉空間を形成するためのものであり、この凹部２ｂの底面には静電容量形成用の第二電極９が被着されている。
【００３８】
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電極として機能し、凹部２ｂの底面の略全面に被着されている。
【００３９】
このような第二電極９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の凹部２ｂの底面の略全面に所定のパターンに形成される。なお、第二電極９の露出表面には、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。
【００４０】
また、絶縁板２の突起部２ａの下面にはその全周にわたり枠状の第二接合用メタライズ層１０が被着されており、この第二接合用メタライズ層１０には、前述の第一接合用メタライズ層８が銀−銅ろう材等の導電性接合材を介して接合することにより取着されている。
【００４１】
また、絶縁板２の突起部２ａの表面または内部には、第二接合用メタライズ１０と第二電極９とを接続するための接続用メタライズ層１１が形成されており、それにより、先述の半導体素子３に電気的に接続された第二接合用メタライズ層１０を介して、第二電極９と半導体素子３の電極とが電気的に接続されるようになっている。
【００４２】
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。
【００４３】
なお、このような第二接合用メタライズ層１０と接続用メタライズ層１１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の突起部２ａ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の下面に形成された第二電極９と導通させるように絶縁板２用のセラミックグリーンシートと積層し、絶縁板２に突起部２ａおよび凹部２ｂを形成した後、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の突起部２ａの下面と、表面または内部とに所定のパターンに形成される。なお、第二接合用メタライズ層１０および接続用メタライズ層１１の露出する表面には、これらが酸化腐食するのを防止するとともに、第二接合用メタライズ層１０と導電性接合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。
【００４４】
そして、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいては、第二電極９または絶縁板２の密閉空間内で第一電極７と対向する部位の中央部に、絶縁板２が撓んだときに第一電極７と当接する高さの突起部１２が形成されている。またこのことが重要である。
【００４５】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、第二電極９または絶縁板２の密閉空間内で第一電極７と対向する部位の中央部に、絶縁板２が撓んだときに第一電極７と当接する高さの突起部１２が形成されていることから、絶縁板２に一定以上の圧力が印加されても、絶縁板２にはそれ以上の撓みが発生することはなく、その結果、絶縁板２の厚みを薄くして外部の圧力の検出感度を高めることができるとともに、絶縁板２が撓みすぎて割れることがない。
【００４６】
なお、突起部１２の高さを規定し、突起部１２と第一電極７間の距離を規定することにより、外部圧力の測定範囲を規定することもできる。
【００４７】
また、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいて、突起部１２が第二電極９の主面に形成され、導電性材料から成る場合は、突起部１２と第一電極７とが当接した際に、第一電極７と第二電極９とが短絡するので、第一電極７と第二電極９間に発生する静電容量値が大きく変化することとなり、突起部１２が第一電極７と当接したことを容易に判別することができる。
【００４８】
さらに、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいて、突起部１２が第二電極９の主面に形成され、絶縁性材料から成る場合は、突起部１２と第一電極７とが当接した際に、第一電極７と第二電極９とが短絡することはないので、急激な電流の発生等により圧力検出装置に故障等の不具合が発生することもない。
【００４９】
また、図３は本発明の圧力検出装置用パッケージの他の実施例の断面図であるが、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいて、図３に断面図で示すように、突起部１２が絶縁板２の内側主面に第二電極９を貫通して形成され、導電性材料から成る場合には、突起部１２は第二電極９上に形成されないのでその高さを精度良く形成することができるとともに、突起部１２と第一電極７とが当接した際に、第一電極７と第二電極９とが短絡するので、第一電極７と第二電極９間に発生する静電容量値が大きく変化することとなり、突起部１２が第二電極７と当接したことを容易に判別できる。
【００５０】
さらに、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいて、図３に断面図で示すように、突起部１２が絶縁板２の内側主面に第二電極９を貫通して形成され、絶縁性材料から成る場合には、突起部１２は第二電極９上に形成されないのでその高さを精度良く形成することができるとともに、突起部１２と第一電極７とが当接した際に、第一電極７と第二電極９とが短絡することはないので、急激な電流の発生等により圧力検出装置に故障等の不具合が発生することもない。
【００５１】
このような突起部１２は、突起部１２が例えば、導電性材料から成り、第二電極９の主面に形成される場合は、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、第二電極９の密閉空間内で第一電極７と対向する部位の中央部に印刷塗布し、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所定のパターン・高さに形成される。あるいは、Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｇ，ステンレススチール，真鍮，Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｃｕ−Ｗ合金等から成る導電性物質をプレス加工や打抜き加工によって所定の形状に加工し、これを第二電極９の密閉空間内で第一電極７と対向する部位の中央部に半田等のろう材や樹脂等の接着剤で接着固定することにより所定のパターン・高さに形成される。
【００５２】
また、突起部１２が例えば、絶縁性材料から成り、第二電極９の主面に形成される場合は、酸化アルミニ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得た絶縁ペーストを従来周知のスクリーン印刷法を採用して第二電極９の密閉空間内で第一電極７と対向する部位の中央部に印刷塗布し、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所定のパターン・高さに形成される。あるいは、酸化アルミニウム質焼結体，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質焼結体等のセラミックスや、エポキシ樹脂，アクリル樹脂，ポリカーボネート，フェノール樹脂，シリコーン樹脂等の樹脂から成る絶縁性材料を所定の形状に加工し、これを第二電極９の密閉空間内で第一電極７と対向する部位の中央部に樹脂等の接着材で接着固定することにより所定のパターン・高さに形成される。
【００５３】
また、絶縁性材料として、エポキシ樹脂，アクリル樹脂，ポリカーボネート，フェノール樹脂，シリコーン樹脂等の樹脂前駆体を、スクリーン法等により、第二電極９の密閉空間内で第一電極７と対向する部位の中央部に印刷した後、樹脂前駆体を乾燥することによりして形成しても良い。
【００５４】
また、突起部１２が例えば、導電性材料から成り、絶縁板２の内側主面に第二電極９を貫通して形成される場合には、第二電極９を絶縁板２の内側主面の突起部１２が形成される領域が開口となるように形成し、絶縁板２の内側主面上の開口に、Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｇ，ステンレススチール，真鍮，Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｃｕ−Ｗ合金等から成る導電性物質を半田等のろう材や樹脂等の接着剤を介して接着固定することにより形成される。また、絶縁板２の内側主面上の開口に、メタライズペーストをスクリーン印刷法等を用いて形成し、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形成してもよい。
【００５５】
さらに、突起部１２が例えば、絶縁性材料から成り、絶縁板２の内側主面に第二電極９を貫通して形成される場合には、第二電極９を絶縁板２の内側主面の突起部１２が形成される領域が開口となるように形成し、絶縁板２の内側主面上の開口に、酸化アルミニウム質焼結体，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質焼結体等のセラミックスや、エポキシ樹脂，アクリル樹脂，ポリカーボネート，フェノール樹脂，シリコーン樹脂等の樹脂から成る絶縁性材料を樹脂等の接着材を介して接着固定することにより形成される。また、絶縁板２の内側主面上の開口に、絶縁ペーストをスクリーン印刷法等を用いて形成し、絶縁板２用の生セラミック成形体とともに焼成したり、エポキシ樹脂，アクリル樹脂，ポリカーボネート，フェノール樹脂，シリコーン樹脂等の樹脂前駆体をスクリーン法等により、第二電極９の密閉空間内で第一電極７と対向する部位の中央部に形成した後、樹脂前駆体を乾燥することによりして形成しても良い。
【００５６】
なお、突起部１２が導電性材料から成る場合、突起部１２の露出表面には、突起部１２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１〜３μｍ程度のニッケルめっき層が被着されている。
【００５７】
このような突起部１２の形状は、円形状，多角形状，四角形状等どのような形状であっても良いが、絶縁基板１と絶縁板２とに若干の接合ずれが発生した場合にも、突起部１２と第一電極７を安定して当接させる、という観点からは円形であることが好ましい。
【００５８】
また、突起部１２の上面は、第一電極７の表面と平行であることが好ましい。突起部１２の上面は、第一電極７の表面と平行であると、第一電極７と突起部１２とが両者の面同士で当接するので、、第一電極７が突起部１２に当接にした際に、、第一電極７が突起部１２の角や辺と当接して絶縁板２に部分的に不要に高い圧力が印加されることはなく、絶縁板２にクラックが発生したり、絶縁板２が割れることはない。
【００５９】
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９を内側面に有する絶縁板２を絶縁基体１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。
【００６０】
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用パッケージを提供することができる。
【００６１】
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の高く、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用パッケージとなる。
【００６２】
なお、本発明は、上述の実施の形態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る。例えば、突起部１２が絶縁基体１の他方の主面に第一電極７を貫通して形成され、導電性材料から成る場合、図４に断面図で示すように、突起部１２とその周囲の第一電極７との間に、両者を絶縁する隙間１２ａを設けてもよい。
【００６３】
また、図５に断面図で示すように、絶縁板２に突起部２ａを形成するかわりに、絶縁基体１側に突起部１ｃを形成してもよい。この場合、第二電極９を絶縁板２の外周部まで延出し、この第二電極９の外周部を第二接合用メタライズ層１０としてもよい。
【００６４】
また、図６に断面図で示すように、絶縁基体１と絶縁板２とが一体化していてもよい。この際、絶縁基体１と絶縁板２がセラミックスから成る場合は、絶縁基体１用の生セラミック成形体と絶縁板２用の生セラミック成形体とが積層されたものを高温にて焼結することで一体化することができる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、第二電極または絶縁板の密閉空間内で第一電極と対向する部位の中央部に、絶縁板が撓んだときに第一電極と当接する高さの突起部が形成されていることから、絶縁板に一定以上の圧力が印加されても、絶縁板にはそれ以上の撓みが発生することはなく、その結果、絶縁板の厚みを薄くして外部の圧力の検出感度を高めることができるとともに、絶縁板が撓みすぎて割れることがない。
【００６６】
また、本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、上記構成において、突起部が第二電極の主面に形成され、導電性材料から成る場合は、突起部と第一電極とが当接した際に、第一電極と第二電極とが短絡するので、第一電極と第二電極間に発生する静電容量値が大きく変化することとなり、突起部が第一電極と当接したことを容易に判別できる。
【００６７】
さらに、本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、上記構成において、突起部が第二電極の主面に形成され、絶縁性材料から成る場合は、突起部と第一電極とが当接した際に、第一電極と第二電極とが短絡することはないので、急激な電流の発生等により圧力検出装置に故障等の不具合が発生することもない。
【００６８】
また、本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、上記構成において、突起部が絶縁基体の内側主面に第二電極を貫通して形成され、導電性材料から成る場合には、突起部は第二電極上に形成されないのでその高さを精度良く形成することができるとともに、突起部と第一電極とが当接した際に、第一電極と第二電極とが短絡するので、第一電極と第二電極間に発生する静電容量値が大きく変化することとなり、突起部が第一電極と当接したことを容易に判別することできる。
【００６９】
さらに、本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、上記構成において、突起部が絶縁基体の内側主面に第二電極を貫通して形成され、絶縁性材料から成る場合には、突起部は第二電極上に形成されないのでその高さを精度良く形成することができるとともに、突起部と第一電極とが当接した際に、第一電極と第二電極とが短絡することはないので、急激な電流の発生等により圧力検出装置に故障等の不具合が発生することもない。
【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において、絶縁板が撓んで第一電極と突起部とが当接している状態を示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図７】従来の圧力検出装置用パッケージの断面図である。
【図８】従来の圧力検出装置用パッケージの断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・・・・絶縁基体
２・・・・・・・・・・・絶縁板
３・・・・・・・・・・・半導体素子
５、５ａ、５ｂ、５ｃ・・配線導体
７・・・・・・・・・・・第一電極
９・・・・・・・・・・・第二電極
１２・・・・・・・・・・・突起部
Claims (5)
- 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絶縁基体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、前記第二電極または前記絶縁板の前記密閉空間内で前記第一電極と対向する部位の中央部に、前記絶縁板が撓んだときに前記第一電極と当接する高さの突起部が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。
- 前記突起部は、前記第二電極の主面に形成され、導電性材料から成ることを特徴とする請求項１記載の圧力検出装置用パッケージ。
- 前記突起部は、前記第二電極の主面に形成され、絶縁性材料から成ることを特徴とする請求項１記載の圧力検出装置用パッケージ。
- 前記突起部は、前記絶縁板の前記内側主面に前記第二電極を貫通して形成され、導電性材料から成ることを特徴とする請求項１記載の圧力検出装置用パッケージ。
- 前記突起部は、前記絶縁板の前記内側主面に前記第二電極を貫通して形成され、絶縁性材料から成ることを特徴とする請求項１記載の圧力検出装置用パッケージ。
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