JP2005156433A - Package for pressure-detecting device and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
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およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a pressure detection device package used in a pressure detection device for detecting pressure and a method of manufacturing the same.
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5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31上に、静電容量型の感圧素子32と、圧力検出装置用パッケージ38に収容された演算用の半導体素子39とを備えている。
Conventionally, a capacitance type pressure detection device is known as a pressure detection device for detecting pressure. As shown in a cross-sectional view in FIG. 5, the capacitance type pressure detection device includes a capacitance type pressure sensitive element 32 and a pressure detection device package on a wiring substrate 31 made of a ceramic material or a resin material. 38 and a
そして、感圧素子32は、例えばセラミック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33が被着された凹部を有する絶縁基体34と、この絶縁基体34の上面に絶縁基体34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35が被着された絶縁板36と、各静電容量形成用の電極33,35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37とから構成されており、外部の圧力に応じて絶縁板36が撓むことにより各静電容量形成用の電極33,35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39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。
The pressure-sensitive element 32 is made of, for example, an electrically insulating material such as a ceramic material, and has an
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32と半導体素子39とを配線基板31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するとともに圧力検出用の電極33,35と半導体素子39との間の配線導体が長いものとなり、この長い配線導体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。
However, according to this conventional pressure detecting device, since the pressure sensitive element 32 and the
そこで、図4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の一つである配線導体25a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の他の一つである配線導体25b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が提案されている(下記の特許文献1参照)。
Therefore, as shown in a cross-sectional view in FIG. 4, an
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21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を収容する圧力検出装置用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とを接続する配線導体5を短いものとして、これらの配線導体5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。
According to this pressure detection device package, the
従来、これらの圧力検出装置用パッケージの第一電極27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21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21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21の上面中央部に所定のパターンに形成される。
Conventionally, the
また、第二電極29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22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22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22の所定のパターンに形成される。
The second electrode 29 is made of metal powder metallization such as tungsten, molybdenum, copper, silver, etc., and is obtained by adding and mixing an appropriate organic binder, solvent, plasticizer, and dispersant to metal powder such as tungsten. Is applied to a ceramic green sheet for the
また、第一電極27と第二電極29とを静電容量形成用とするためには、第一電極27と第二電極29との間に一定の領域を形成する必要があるため、絶縁基体21または絶縁板22の外周部に枠状の突起部22aを形成することで、絶縁基体21と絶縁板22との間に静電容量形成用の密閉空間を形成させていた。
Further, in order to use the
このような突起部22aを有する絶縁板2を形成する方法として、従来、密閉空間を形成するための貫通穴を打ち抜き加工法等で形成した突起部22a用のセラミックグリーンシートと、第二電極29が形成された可撓部22b用のセラミックグリーンシートとを積層することにより、絶縁板2用のグリーンシートを形成することで行われていた。
しかしながら、従来の圧力検出装置用パッケージによると、外部の圧力を受けて絶縁板22の可撓部22bが撓んだ時に、突起部22aと可撓部22bとの角部に、撓みによって発生する応力が集中しやすくなるため、絶縁板12にクラック等が発生しやすくなる。このため、絶縁板22に大きな外部圧力が印加された状態で、振動等の衝撃が長期間にわたり印加されると、突起部22aと可撓部22bとの角部にクラックが発生してしまい、外部の圧力を長期間にわたり正確に検出することが困難となるという問題点を有していた。
However, according to the conventional package for a pressure detection device, when the flexible portion 22b of the
また、突起部22a用のセラミックグリーンシートと、可撓部22b用のセラミックグリーンシートとを積層する際に、可撓部22b用のセラミックグリーンシートが突起部12aの密閉空間を形成する貫通孔側に撓みやすいという問題点を有していた。 Further, when the ceramic green sheet for the protruding portion 22a and the ceramic green sheet for the flexible portion 22b are stacked, the ceramic green sheet for the flexible portion 22b forms the sealed space of the protruding portion 12a. It had the problem of being easily bent.
特に、外部の圧力を感度良く検出するために、絶縁板2の可撓部22bの厚みを薄くすると、上述のような影響が顕著に発生しやすいという問題点を有していた。
In particular, when the thickness of the flexible portion 22b of the
また、絶縁板22は、突起部22a用のセラミックグリーンシートと第二電極9が形成された可撓部用22bのセラミックグリーンシートとの少なくとも2層のセラミックグリーンシートにより形成されるので、突起部12を薄いものとして形成しにくいため、第一電極27と第二電極29との間を小さくして感度の高いものとするのが困難であるという問題点を有していた。
The
従って、本発明はかかる従来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、かつ外部の圧力を検出する感度が高く、外部の圧力を長期間にわたって正確に検出することができる圧力検出装置用のパッケージを提供することにある。 Accordingly, the present invention has been devised in view of such conventional problems, and its purpose is to detect the external pressure accurately over a long period of time with a small size and high sensitivity for detecting the external pressure. It is an object of the present invention to provide a package for a pressure detection device that can perform the above.
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、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、前記絶縁板の内側の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、前記絶縁板は、前記密閉空間側の主面に凹部が形成されており、該凹部の底板部と内側面との間が凹んだ曲面とされていることを特徴とする。 The package for a pressure detection device according to the present invention includes an insulating base having a mounting portion on which a semiconductor element is mounted on one main surface, and a surface and an inside of the insulating base, and each electrode of the semiconductor element is electrically An insulating plate joined to the insulating substrate in a flexible state so as to form a sealed space between the plurality of wiring conductors connected to the other main surface of the insulating substrate, and the inside of the sealed space A first electrode for forming a capacitance that is attached to the other main surface of the insulating base and is electrically connected to one of the wiring conductors, and a first electrode on the inner main surface of the insulating plate. A package for a pressure detection device, comprising: a second electrode for forming a capacitance that is attached so as to face an electrode and is electrically connected to the other one of the wiring conductors; Has a recess formed in the main surface on the sealed space side, and a bottom plate portion of the recess Characterized in that between the side is a curved surface recessed.
本発明の圧力検出装置用パッケージはにおいて、好ましくは、前記絶縁板は、セラミックスから成り、前記底板部の結晶粒の密度が前記凹部の周囲の結晶粒の密度よりも大きいことを特徴とする。 In the pressure detection device package according to the present invention, preferably, the insulating plate is made of ceramics, and the density of crystal grains in the bottom plate portion is larger than the density of crystal grains around the recess.
本発明の圧力検出装置用パッケージの製造方法は、上記本発明の圧力検出装置用パッケージの製造方法であって、前記絶縁板と成るセラミックグリーンシートをプレス加工して該セラミックグリーンシートに前記凹部を形成する工程を具備していることを特徴とする。 The method for manufacturing a package for a pressure detection device according to the present invention is a method for manufacturing the package for a pressure detection device according to the present invention, wherein the ceramic green sheet serving as the insulating plate is pressed to form the recess in the ceramic green sheet. It has the process of forming, It is characterized by the above-mentioned.
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、絶縁板は、密閉空間側の主面に凹部が形成されており、凹部の底板部と内側面との間が凹んだ曲面とされていることから、凹部の底板部が撓んだ際に、凹部の底板部と内側面との間の角部に加わる応力を有効に分散して大きく応力が集中するのを有効に防止し、絶縁板に大きな外部圧力が加えられた状態で振動等の衝撃が長期間にわたって加えられても、凹部の底板部と内側面との間の角部にクラックが発生するのを有効に防止することができる。従って、外部の圧力を長期間にわたり正確に検出することができる圧力検出装置用パッケージを提供することができる。 According to the pressure detection device package of the present invention, the insulating plate has a concave portion formed in the main surface on the sealed space side, and is a curved surface having a concave portion between the bottom plate portion and the inner side surface of the concave portion. When the bottom plate portion of the concave portion is bent, the stress applied to the corner portion between the bottom plate portion and the inner side surface of the concave portion is effectively dispersed to effectively prevent the stress from concentrating and Even when an impact such as vibration is applied over a long period of time with external pressure applied, it is possible to effectively prevent cracks from occurring at the corners between the bottom plate portion and the inner surface of the recess. Therefore, it is possible to provide a package for a pressure detection device that can accurately detect an external pressure over a long period of time.
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、絶縁板は、セラミックスから成り、凹部の底板部の結晶粒の密度が凹部の周囲の結晶粒の密度よりも大きいことから、絶縁板の底板部の強度が向上し、クラックが発生するのをより有効に防止することができ、より高い圧力雰囲気の元に使用される圧力装置検出装置用パッケージとして使用できるようになる。さらに、急激な圧力変化が起こった際、絶縁板に急激な応力が発生することによるクラックが発生するのを有効に防止することができる。 According to the pressure sensing device package of the present invention, the insulating plate is made of ceramics, and the density of crystal grains in the bottom plate portion of the recess is larger than the density of crystal grains around the recess. Strength can be improved and cracks can be more effectively prevented, and can be used as a pressure device detection device package used under a higher pressure atmosphere. Furthermore, when a sudden pressure change occurs, it is possible to effectively prevent the occurrence of cracks due to a sudden stress on the insulating plate.
また、凹部の底板部の硬度を高くすることができ、圧力検出装置用パッケージを作製中に凹部の底板部が変形したりするのを防止し、第一電極と第二電極とで形成される静電容量がばらつくのを抑制することができる
さらに、底板部の充分な強度を保持しながら底板部を薄くすることができ、外部の圧力を感度良く検出することができるようになる。また、微小な圧力変化に対して、底板部のうねり等の変形や撓み後の振動等による圧力変化の検出のばらつきを抑え、精度の高いものとすることができる。
Further, the hardness of the bottom plate portion of the concave portion can be increased, and the bottom plate portion of the concave portion is prevented from being deformed during the production of the pressure detecting device package, and is formed by the first electrode and the second electrode. The variation in capacitance can be suppressed. Further, the bottom plate portion can be made thin while maintaining sufficient strength of the bottom plate portion, and external pressure can be detected with high sensitivity. Moreover, it is possible to suppress a variation in detection of a pressure change due to deformation such as undulation of the bottom plate portion or vibration after bending with respect to a minute pressure change, and to achieve high accuracy.
本発明の圧力検出装置用パッケージの製造方法によれば、絶縁板と成るセラミックグリーンシートをプレス加工してセラミックグリーンシートに凹部を形成する工程を具備していることから、絶縁板に、底板部と内側面との間が凹んだ曲面とされた凹部をきわめて容易に精度良く形成することができるとともに、単層のセラミックグリーンシートからきわめて容易に底板部の結晶粒の密度を凹部の周囲よりも高くすることができる。その結果、凹部の底板部の外周部から凹部の周囲にかけて傾斜的に結晶粒の密度が変化し、結晶粒の高密度部と低密度部との熱膨張差による応力が良好に分散され、絶縁板にクラックが生じるのを有効に防止できる。 According to the method for manufacturing a package for a pressure detection device of the present invention, the method includes a step of pressing a ceramic green sheet serving as an insulating plate to form a recess in the ceramic green sheet. It is very easy to form a concave part with a curved surface between the inner surface and the inner surface, and the density of crystal grains in the bottom plate part can be made very easily from a single-layer ceramic green sheet more than the periphery of the concave part. Can be high. As a result, the density of the crystal grains changes in an inclined manner from the outer peripheral part of the bottom plate part of the concave part to the periphery of the concave part, and the stress due to the difference in thermal expansion between the high density part and the low density part of the crystal grain is well dispersed and insulated. It is possible to effectively prevent cracks in the plate.
また、底板部の密度のばらつきを抑制し、圧力が印加された際の底板部の撓みのばらつきを抑えることができるので、外部の圧力を感度良く検出することができるようになる。 Moreover, since the variation in the density of the bottom plate portion can be suppressed and the variation in the deflection of the bottom plate portion when the pressure is applied can be suppressed, the external pressure can be detected with high sensitivity.
また、プレス加工により、凹部の底板部に圧力を加えながら凹部を形成するので、絶縁板の凹部の底板部が撓むことがないとともに、単層のセラミックグリーンシートから絶縁板を形成することができるので、凹部の周囲を薄いものとして形成しやすく、第一電極と第二電極との間隔を小さいものとし、感度の高いものとすることができる圧力検出装置用パッケージを提供することができる。 In addition, since the concave portion is formed while applying pressure to the bottom plate portion of the concave portion by pressing, the bottom plate portion of the concave portion of the insulating plate does not bend and the insulating plate can be formed from a single-layer ceramic green sheet. Therefore, it is possible to provide a package for a pressure detection device that can be easily formed with a thin periphery of the recess, has a small interval between the first electrode and the second electrode, and can have high sensitivity.
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。 Next, the pressure detection device package of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
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、1は絶縁基体、2は絶縁板、3は半導体素子、7は第一電極、9は第二電極である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a pressure detecting device package according to the present invention, wherein 1 is an insulating substrate, 2 is an insulating plate, 3 is a semiconductor element, 7 is a first electrode, and 9 is a second. Electrode.
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。
The insulating
絶縁基体1は、その一方の主面(図1では下面)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内において例えばエポキシ樹脂等の樹脂製封止材4により半導体素子3を覆うことにより半導体素子3が封止される。
The insulating
なお、この例では半導体素子3は樹脂製封止材4によって半導体素子3を覆うことにより封止されるが、半導体素子3は絶縁基体1の一方の主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。
In this example, the
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が導出されており、この配線導体5と半導体素子3の各電極を半田バンプ等の導電性材料から成る導電性接合材6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とは半田バンプを介して接続されるとしたが、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電気的接続手段により接続されてもよい。
In addition, a plurality of
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の一方の主面外周部に導出され、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に半田バンプ等の導電性接合材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、配線導体5の絶縁基体1の一方の主面外周部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。
The
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6との接合を良好なものとするために、厚みが1〜10μm程度のニッケルメッキ層と厚みが0.1〜3μm程度の金メッキ層とが順次被着されていることが好ましい。
Such a
また、絶縁基体1の他方の主面(図1では上面)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、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、例えば円形状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の一部である配線導体5aが電気的に接続されており、この配線導体5aに半導体素子3の電極を半田バンプ等の導電性接合材6を介して接続することにより半導体素子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。
In addition, a first electrode 7 for forming a capacitance is attached to the central portion of the other main surface (upper surface in FIG. 1) of the insulating
このような第一電極7は、厚みが10〜50μm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。なお、第一電極7の表面には、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。
Such a first electrode 7 is made of metal powder metallization of tungsten, molybdenum, copper, silver or the like having a thickness of about 10 to 50 μm, and an appropriate organic binder, solvent, plasticizer, or dispersant is applied to the metal powder such as tungsten. The metallized paste obtained by adding and mixing is printed on a ceramic green sheet for the insulating
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が、後述する下面に第二電極9を有する絶縁板2の下面の凹部の周囲の下面に形成された第二接合用メタライズ層10に銀―銅ろう材等のろう材を介して接合されることにより、絶縁基体1との間に密閉空間が形成される。
Further, a frame-shaped first
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の一つである配線導体5bが接続されており、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。
A wiring conductor 5b, which is one of the metallized
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。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。
Such a first
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四角形状、八角形状あるいは円形状等の平板状であり、その中央部に深さが0.01〜5mmの凹部を有している。すなわち、絶縁板2は、下面の外周部に高さが0.01〜5mmの枠状の突起部2aを有している。そして、凹部の底板部2bが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。
The insulating
なお、絶縁板2は、凹部の底板部2b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りやすいため、これに大きな外部圧力が加わった場合に破壊されやすくなる。他方、底板部2bの厚みが5mmを超えると、底板部2bが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の精度が低下しやすくなる。したがって、絶縁板2の凹部の底板部2bの厚みは0.01〜5mmの範囲が好ましい。
In addition, since the mechanical strength of the insulating
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積層加工・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。
If such an insulating
また、絶縁板2の下面にはその凹部の底面に第一電極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、例えば円形状のパターンに形成されている。
A second electrode 9 for forming a capacitance facing the first electrode 7 is attached to the bottom surface of the insulating
このような第二電極9は、厚みが10〜50μm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、厚みが1〜10μm程度のニッケルめっき層が被着されているのがよい。
The second electrode 9 is made of metal powder metallization such as tungsten, molybdenum, copper, and silver having a thickness of about 10 to 50 μm, and an appropriate organic binder, solvent, plasticizer, and dispersant are applied to the metal powder such as tungsten. The metallized paste obtained by addition and mixing is applied to a ceramic green sheet for the insulating
また、絶縁板2の突起部2aの下面には第二電極9に電気的に接続された円形状や八角形状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に第一接合用メタライズ層8が銀−銅ろう等のろう材を介して接合され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。
Further, a circular or octagonal frame-shaped second
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加わると、その圧力に応じて絶縁板2の凹部の底板部2b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。
At this time, the first electrode 7 and the second electrode 9 are opposed to each other with a sealed space formed between the insulating
このような第二接合用メタライズ層10は、厚みが10〜50μm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の突起部2a下面に所定のパターンに形成される。
Such a second
なお、第二接合用メタライズ層10の表面には、第二接合用メタライズ層10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とろう材との接合を良好とするために、厚みが1〜10μm程度のニッケルめっき層が被着されているのがよい。
In order to prevent the second
また、絶縁基体1に絶縁板2を接合するには、第一接合用メタライズ層8および第二接合用メタライズ層10の表面に予め1〜10μm程度の厚みのニッケルめっき層をそれぞれ被着させておくとともに、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との間に厚みが10〜200μm程度の銀−銅ろう等から成るろう材箔を挟んで絶縁基体1と絶縁板2とを重ね合わせ、これらを還元雰囲気中、約850℃の温度に加熱してろう材箔を溶融させて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とをろう付けする方法が採用される。
In addition, in order to bond the insulating
そして、本発明の絶縁板2は、密閉空間側の主面に凹部が形成されており、凹部の底板部2bと内側面との間が凹んだ曲面とされていることから、凹部の底板部2bが撓んだ際に、凹部の底板部2bと内側面との間の角部に加わる応力を有効に分散して大きく応力が集中するのを有効に防止し、絶縁板2に大きな外部圧力が加えられた状態で振動等の衝撃が長期間にわたって加えられても、凹部の底板部2bと内側面との間の角部にクラックが発生するのを有効に防止することができる。従って、外部の圧力を長期間にわたり正確に検出することができる圧力検出装置用パッケージを提供することができる。
The insulating
また、好ましくは、絶縁板2は、セラミックスから成り、凹部の底板部2bの結晶粒の密度が凹部の周囲の結晶粒の密度よりも大きくなっているのがよい。これにより、絶縁板2の底板部の強度が向上し、クラックが発生するのをより有効に防止することができ、より高い圧力雰囲気の元に使用される圧力装置検出装置用パッケージとして使用できるようになる。さらに、急激な圧力変化が起こった際、絶縁板2に急激な応力が発生することによるクラックが発生するのを有効に防止することができる。
Preferably, the insulating
また、凹部の底板部2の硬度を高くすることができ、圧力検出装置用パッケージを作製中に凹部の底板部2が変形したりするのを防止し、第一電極7と第二電極9とで形成される静電容量がばらつくのを抑制することができる
さらに、底板部の充分な強度を保持しながら底板部を薄くすることができ、外部の圧力を感度良く検出することができるようになる。また、微小な圧力変化に対して、底板部のうねり等の変形や撓み後の振動等による圧力変化の検出のばらつきを抑え、精度の高いものとすることができる。
Further, the hardness of the
次に、本発明の圧力検出装置用パッケージの製造方法について、添付の図面を基に説明する。図2(a)〜(d)は、図1に示した圧力検出装置用パッケージの絶縁板2を製造する製造方法を示す工程毎の断面図である。
Next, the manufacturing method of the package for pressure detection apparatuses of this invention is demonstrated based on attached drawing. 2A to 2D are cross-sectional views for each process showing a manufacturing method for manufacturing the insulating
まず、図2(a)に示すように、絶縁板2用のグリーンシート11を準備する。このような絶縁板2用のグリーンシート11は、例えば、絶縁基体1が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・酸化カルシウム・酸化マグネシウム等のセラミック原料粉末に適当な有機バインダーおよび溶剤・可塑剤・分散剤等を添加混合して泥漿状となすとともにこれを公知のドクターブレード法等のシート成形技術を採用して所定の厚みのシート状とすることにより製作される。
First, as shown in FIG. 2A, a green sheet 11 for the insulating
そして、図2(b)に示すように、絶縁板2用のグリーンシート11上に、第二電極9と第二接合用メタライズ層となる導体ペースト層12をスクリーン印刷法等を採用して所定のパターンに印刷塗布して形成する。次に、平板13上に絶縁板2用のグリーンシート11を載置(図2(c))し、金型14等でプレス加工することで、密閉空間を形成するための凹部15を形成するとともに凹部15の底板部2bの密度を凹部の周囲より高密度にすることができる。そして、切断加工等を施すことで、絶縁板2の生成形体を得るとともに、約1600℃の高温で焼成することで、絶縁板2を得ることができる。そして、絶縁板1と接合することで、本発明の圧力検出装置用パッケージを得ることができる。
Then, as shown in FIG. 2B, a conductive paste layer 12 serving as the second electrode 9 and the second bonding metallization layer is formed on the green sheet 11 for the insulating
出装置用パッケージを提供することができる。 A dispensing device package can be provided.
本発明の圧力検出装置用パッケージの製造方法によれば、絶縁板2と成るセラミックグリーンシートをプレス加工してセラミックグリーンシートに凹部を形成する工程を具備していることから、絶縁板2に、底板部2bと内側面との間が凹んだ曲面とされた凹部をきわめて容易に精度良く形成することができるとともに、単層のセラミックグリーンシートからきわめて容易に底板部2bの結晶粒の密度を凹部の周囲よりも高くすることができる。その結果、凹部の底板部2bの外周部から凹部の周囲にかけて傾斜的に結晶粒の密度が変化し、結晶粒の高密度部と低密度部との熱膨張差による応力が良好に分散され、絶縁板にクラックが生じるのを有効に防止できる。
According to the method for manufacturing a package for a pressure detection device of the present invention, since the ceramic green sheet to be the insulating
また、底板部の密度のばらつきを抑制し、圧力が印加された際の底板部の撓みのばらつきを抑えることができるので、外部の圧力を感度良く検出することができるようになる。 Moreover, since the variation in the density of the bottom plate portion can be suppressed and the variation in the deflection of the bottom plate portion when the pressure is applied can be suppressed, the external pressure can be detected with high sensitivity.
また、プレス加工により、凹部の底板部2bに圧力を加えながら凹部を形成するので、絶縁板2の凹部の底板部2bが撓むことがないとともに、単層のセラミックグリーンシートから絶縁板を形成することができるので、凹部の周囲を薄いものとして形成しやすく、第一電極と第二電極との間隔を小さいものとし、感度の高いものとすることができる圧力検出装置用パッケージを提供することができる。
In addition, since the concave portion is formed by applying pressure to the bottom plate portion 2b of the concave portion by pressing, the bottom plate portion 2b of the concave portion of the insulating
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が被着されるとともに、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に接合された絶縁板2の内側の主面にこの第一電極7と対向するように被着された静電容量形成用の第二電極9とを具備することから、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。
Thus, according to the package for a pressure detection device of the present invention, the first electrode 7 for forming a capacitance is attached to the other main surface of the insulating
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の表面および内部に配設された配線導体5a,5bを介して半導体素子3の各電極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。
Further, the first electrode 7 and the second electrode 9 for forming capacitance are connected to the respective electrodes of the
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が搭載されるとともに封止され、半導体素子3の各電極が電気的に接続される複数の配線導体5とを備えることによって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パッケージとできる。
Thus, according to the above-described pressure detection device package, the
なお、本発明は、上述の実施の形態の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内であれば種々の変更は可能である。例えば、図3のパッケージに示されるように、絶縁板2用のグリーンシートの両面より、プレス加工を施し、上下面に凹部を形成してもよい。これにより、凹部の底板部2bが撓んだ際に、凹部の底板部2bと内周面との間に加わる負荷を低減することができる。また、図1においては、絶縁基体1と絶縁板2とをろう材により接合しているが、絶縁基体1用のグリーンシートと絶縁板2用のグリーンシートとを積層した後、焼結一体化させたものであっても構わない。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, as shown in the package of FIG. 3, pressing may be performed from both sides of the green sheet for the insulating
タイヤ等の圧力状態を検出するための圧力検出装置等に利用可能である。 The present invention can be used for a pressure detection device for detecting a pressure state of a tire or the like.
1・・・・・・・・・・・絶縁基体
1b・・・・・・・・・・搭載部
2・・・・・・・・・・・絶縁板
2b・・・・・・・・・・凹部の底板部
3・・・・・・・・・・・半導体素子
5、5a、5b・・・・・配線導体
7・・・・・・・・・・・第一電極
9・・・・・・・・・・・第二電極
1 ·········· Insulation base 1b ····· Mounting
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JP2003397308A JP2005156433A (en) | 2003-11-27 | 2003-11-27 | Package for pressure-detecting device and manufacturing method therefor |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPWO2007145189A1 (en) * | 2006-06-14 | 2009-10-29 | 株式会社村田製作所 | Multilayer ceramic electronic components |
-
2003
- 2003-11-27 JP JP2003397308A patent/JP2005156433A/en active Pending
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JPWO2007145189A1 (en) * | 2006-06-14 | 2009-10-29 | 株式会社村田製作所 | Multilayer ceramic electronic components |
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