JP2005315603A - 圧力検出装置用パッケージおよび圧力検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 幅広い圧力範囲を検出することが可能な圧力検出装置用のパッケージおよび圧力検出装置を提供すること。
【解決手段】 一方の主面に半導体素子３の搭載部１ａを有する絶縁基体１と、半導体素子３の各電極が接続される複数の配線導体５と、絶縁基体１の他方の主面との間に第一密閉空間および第二密閉空間を形成するようにそれぞれ可撓な状態で絶縁基体１に接合された第一絶縁板２および第二絶縁板２’と、第一密閉空間および第二密閉空間内の絶縁基体１の他方の主面にそれぞれ被着され、配線導体５に電気的に接続された静電容量形成用の第一電極７および第二電極７’と、第一絶縁板２および第二絶縁板２’の内側主面にそれぞれ第一電極７および第二電極７’と対向するように被着され、配線導体５に電気的に接続された静電容量形成用の第三電極９および第四電極９’とを具備しており、第一絶縁板２のヤング率と第二絶縁板２’のヤング率が異なる。
【選択図】 図１

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圧力検出装置に関する。

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４に断面図で示すように、セラミック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。

そして、感圧素子２２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２３が被着された凹部を有する絶縁基体２４と、この絶縁基体２４の上面に絶縁基体２４との間に密閉空間を形成するようにして可撓な状態で接合され、下面に静電容量形成用の他方の電極２５が被着された絶縁板２６と、各静電容量形成用の電極２３，２５をそれぞれ外部に電気的に接続するための外部リード端子２７とから構成されており、外部の圧力に応じて絶縁板２６が撓むことにより各静電容量形成用の電極２３，２５間に形成される静電容量が変化する。そして、この静電容量の変化を演算用の半導体素子２９により演算処理することによって外部の圧力を検出することができる。

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する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。

そこで、図３に断面図で示すような、一方の主面に半導体素子１３が搭載される搭載部１１ｂを有する絶縁基体１１と、この絶縁基体１１の表面および内部に配設され、半導体素子１３の各電極が電気的に接続される複数の配線導体１５と、絶縁基体１１の他方の主面の中央部に被着され、配線導体１５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１７と、絶縁基体１１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１２と、この絶縁板１２の内側主面に第一電極１７と対向して被着され、配線導体１５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１９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）。

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１３が搭載される搭載部１１ｂを有する絶縁基体１１の他方の主面に静電容量形成用の第一電極１７を設けるとともに、この第一電極１７に対向する静電容量形成用の第二電極１９を内側主面に有する絶縁板１２を、絶縁基体１１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、圧力検出装置用パッケージに半導体素子１３と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１３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。
特開２００１−３５６０６４号公報

しかしながら、近年、上述の圧力検出装置用パッケージは、検出可能な圧力の範囲をより広くすることが要求されてきている。そして、検出感度を高めるため、絶縁板１２の厚みを大幅に薄くすると、絶縁板１２が撓みやすくなり検出限界の下限を低圧側に移動させることができるものの、絶縁板１２に一定以上の高い圧力が加わった際に、絶縁板１２が大きく撓んで割れが発生しやすくなり、検出限界の上限も低圧力側に移動するため、検出可能な圧力範囲を広げるのが困難であるという問題点を有していた。

また、他の対策として、絶縁板１２と絶縁基体１１との間に所望の密閉空間を形成させるために設られている突起部１２ａの厚みを小さくして絶縁基体１１と絶縁板１２との間の距離を狭くすると、容量値が大きくなって圧力検出の感度を高くすることができるものの、絶縁板１２の強度が低下するとともに、外部の圧力が加わった際に、絶縁板１２の撓みによる応力が絶縁基体１１と絶縁板１２とを接合しているろう材に加わりやすくなり、このろう材の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。

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、幅広い圧力範囲を検出することが可能な圧力検出装置用のパッケージおよび圧力検出装置を提供することにある。

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第一密閉空間および第二密閉空間を形成するようにそれぞれ可撓な状態で前記絶縁基体に接合された第一絶縁板および第二絶縁板と、前記第一密閉空間および前記第二密閉空間内の前記絶縁基体の前記他方の主面にそれぞれ被着され、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および第二電極と、前記第一絶縁板および前記第二絶縁板の内側主面にそれぞれ前記第一電極および前記第二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三電極および第四電極とを具備しており、前記第一絶縁板のヤング率と前記第二絶縁板のヤング率が異なることを特徴とする。

本発明の圧力検出装置用パッケージにおいて、好ましくは、前記第一絶縁板および前記第二絶縁板は、一方のヤング率が１５０乃至３１０ＧＰａであり、他方のヤング率が３２０乃至４８０ＧＰａであることを特徴とする。

本発明の圧力検出装置は、本発明の圧力検出装置用パッケージと、前記搭載部に搭載されるとともに前記電極が前記配線導体に電気的に接続された前記半導体素子と、前記絶縁基体の前記一方の主面の前記搭載部の周囲に前記半導体素子を覆うように取着された蓋体または前記絶縁基体の前記一方の主面に前記半導体素子を覆うように被着された封止樹脂とを具備していることを特徴とする。

本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、一方の主面に半導体素子が搭載される搭載部を有する絶縁基体と、この絶縁基体の表面および内部に配設され、半導体素子の各電極が電気的に接続される複数の配線導体と、絶縁基体の他方の主面との間に第一密閉空間および第二密閉空間を形成するようにそれぞれ可撓な状態で絶縁基体に接合された第一絶縁板および第二絶縁板と、第一密閉空間および第二密閉空間内の絶縁基体の他方の主面にそれぞれ被着され、配線導体の一つに電気的に接続された静電容量形成用の第一電極および第二電極と、第一絶縁板および第二絶縁板の内側主面にそれぞれ第一電極および第二電極と対向するように被着され、配線導体の他の一つに電気的に接続された静電容量形成用の第三電極および第四電極とを具備しており、第一絶縁板のヤング率と第二絶縁板のヤング率が異なることから、第一絶縁板および第ニ絶縁板のヤング率の高い方でより高い圧力範囲の検出を精度良く行なうことができるとともにヤング率の低い方でより低い圧力範囲の検出を精度良く行なうことができ、一つの圧力検出装置用パッケージにおける精度良く検出することが可能な圧力範囲を幅広くすることができる。

また、外部圧力に対して第一電極および第三電極、ならびに第二電極および第四電極で形成される静電容量の変化量を合算することで外部の圧力変化による静電容量の変化量を大きくすることができるので、外部圧力の変化をより精度良く測定することができる。

本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、好ましくは、第一絶縁板および第二絶縁板は、一方のヤング率が１５０乃至３１０ＧＰａであり、他方のヤング率が３２０乃至４８０ＧＰａであることから、大気圧から４０００ｋＰａもの高い圧力までの広い圧力範囲でより精度よく圧力検出が可能となる。

本発明の圧力装置は、本発明の圧力検出装置用パッケージと、搭載部に搭載されるとともに電極が配線導体に電気的に接続された半導体素子と、絶縁基体の一方の主面の搭載部の周囲に半導体素子を覆うように取着された蓋体または絶縁基体の一方の主面に半導体素子を覆うように被着された封止樹脂とを具備していることから、上記圧力検出装置用パッケージの特徴を有して、外部の圧力を精度良く、かつ良好に検出することができるものとなる。

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であり、図中、１は絶縁基体、２は第一絶縁板、２’は第二絶縁板、３は半導体素子、７は第一電極、７’は第二電極、９は第三電極、９’は第四電極である。

本発明の圧力検出装置用パッケージは、半導体素子３が搭載される搭載部１ｂを有する絶縁基体１と、この絶縁基体１に配設され、半導体素子３の各電極が電気的に接続される複数の配線導体５と、絶縁基体１との間に第一密閉空間および第二密閉空間を形成するようにそれぞれ可撓な状態で絶縁基体１に接合された第一絶縁板２および第二絶縁板２’と、第一密閉空間および第二密閉空間内の絶縁基体１にそれぞれ被着され、配線導体５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７および第二電極７’と、第一絶縁板２および第二絶縁板２’の内側主面にそれぞれ第一電極７および第二電極７’と対向するように被着され、配線導体５の他の一つに電気的に接続された静電容量形成用の第三電極９および第四電極９’とで主に構成されている。

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，ガラスー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。

絶縁基体１は、その下面に半導体素子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内に例えばエポキシ樹脂等の樹脂製封止材４を充填することにより半導体素子３が封止される。

なお、この例では半導体素子３は樹脂製封止材４を凹部１ａ内に充填することにより封止されるが、半導体素子３は絶縁基体１の下面に金属やセラミックス等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。

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を介して接続されているが、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電気的接続手段により接続されてもよい。

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７’、第三電極９および第四電極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の下面に導出し、別の一部は第一電極７、第二電極７’、第三電極９および第四電極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。

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、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のがよい。

また、絶縁基体１の上面には、静電容量形成用の第一電極７および第二電極７’が、例えば絶縁基体１の中心に対して左右対称となる部位にそれぞれ被着されている。この第一電極７および第二電極７’は、後述する第三電極９および第四電極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および第二電極７’は配線導体５の一つである第一配線導体５ａ，５ａ’にそれぞれが接続されており、それにより、この第一配線導体５ａ，５ａ’に半導体素子３の各電極を半田バンプ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の各電極と第一電極７および第二電極７’とが電気的に接続されるようになっている。

このような第一電極７および第二電極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の所定の部位に所定のパターンに形成される。なお、第一電極７および第二電極７’の露出表面には、第一電極７および第二電極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。

また、第一電極７および第二電極７’の外周部には、その全周にわたりそれぞれ枠状の第一接合用メタライズ層８ａ，８ａ’が被着されており、この第一接合用メタライズ層８ａ，８ａ’には、後述する第一絶縁板２および第二絶縁板２’の第二接合用メタライズ層８ｂ，８ｂ’がそれぞれ銀−銅ろう材等の導電性接合材を介して接合されている。

この第一接合用メタライズ層８ａ，８ａ’は配線導体５の一つである第二配線導体５ｂ，５ｂ’にそれぞれが接続されており、それにより、この第二配線導体５ｂ，５ｂ’に半導体素子３の各電極を半田バンプ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８ａ，８ａ’および第二接合用メタライズ層８ｂ，８ｂ’とがそれぞれ半導体素子３の各電極と電気的に接続されるようになっている。

第一接合用メタライズ層８ａ，８ａ’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上面の第一電極１および第二電極２のそれぞれの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８ａ，８ａ’の露出表面には、第一接合用メタライズ層８ａ，８ａ’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８ａ，８ａ’と導電性接合材との接合を強固なものとするために、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。

また、絶縁基体１の上面に取着された第一絶縁板２および第二絶縁板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，炭化珪素質焼結体等の電気絶縁材料から成る厚みが０．０１〜５ｍｍの平板状であり、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。

なお、第一絶縁板２および第二絶縁板２’は、その厚みが０．０１ｍｍ未満では、その機械的強度が小さくなり易い、これに大きな外部圧力が印加された場合に破壊され易くなる。また、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機能し難くなる。したがって、第一絶縁板２および第二絶縁板２’の厚みは０．０１〜５ｍｍの範囲が好ましい。

本発明の第一絶縁板２および第二絶縁板２’は、第一絶縁板２のヤング率と第二絶縁板２’のヤング率が異なっている。これにより、第一絶縁板２および第ニ絶縁板２’のヤング率の高い方でより高い圧力範囲の検出を精度良く行なうとともにヤング率の低い方でより低い圧力範囲の検出を精度良く行なうことができ、一つの圧力検出装置用パッケージにおける精度良く検出することが可能な圧力範囲を幅広くすることができる。

また、外部圧力に対して第一電極７と第三電極９、および第二電極７’と第四電極９’で形成される静電容量の変化量を合算することで外部の圧力変化による静電容量の変化量を大きくすることができ、その結果、外部圧力の変化を精度良く測定することができる。

このような第一絶縁板２および第二絶縁板２’は、セラミックスや樹脂、ガラス、金属等の異なる材料を組み合わせてもよく、組成または組成比が異なる材料同士を組み合わせてもよい。例えば、ヤング率が４００ＧＰａ程度の酸化アルミニウム質焼結体や，ヤング率が３１０ＧＰａ程度の窒化アルミニウム質焼結体，ヤング率が１９０ＧＰａ程度のムライト質焼結体，ヤング率が３７０ＧＰａ程度の炭化珪素質焼結体の組合せでもよく、あるいは、同じ組成のセラミックスにおいて可塑剤等の含有量を変えることにより、ヤング率を変えたものの組合せでもよい。

好ましくは、第一絶縁板２および第二絶縁板２’は、一方のヤング率が１５０乃至３１０ＧＰａであり、他方のヤング率が３２０乃至４８０ＧＰａであるのがよい。これにより、大気圧から４０００ｋＰａもの高い圧力までの広い圧力範囲でより精度よく圧力検出が可能となる。

第一絶縁板２および第二絶縁板２’のうち、ヤング率の小さい方のヤング率が１５０ＧＰａ未満であると、圧力が高く加わった際に絶縁板にクラックが生じやすくなるとともに、絶縁板が撓みすぎて絶縁板と絶縁基体１との平行度が悪くなり、容量変化の圧力依存性が低下しやすくなる。また、ヤング率の小さい方の絶縁板のヤング率が３１０ＧＰａを超えると、低い圧力範囲における検出精度が低下しやすくなり、検出可能な圧力範囲を広げることが困難になる。

また、第一絶縁板２および第二絶縁板２’のうち、ヤング率の大きい方のヤング率が３２０ＧＰａ未満であると、高い圧力範囲における検出精度が低下しやすくなり、検出可能な圧力範囲を広げることが困難になる。また、ヤング率の大きい方の絶縁板のヤング率が４８０ＧＰａを超えると、他方のヤング率の小さい方の絶縁板にクラックが生じやすくなるとともに、ヤング率の大きい方の絶縁板が撓みすぎて絶縁板と絶縁基体１との平行度が悪くなり、容量変化の圧力依存性が低下しやすくなる。

このような第一絶縁板２および第二絶縁板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複数枚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，積層加工，切断加工を施すことにより第一絶縁板２および第二絶縁板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。

また、第一絶縁板２および第二絶縁板２’のそれぞれの下面外周部には高さが０．０１〜５ｍｍ程度の枠状の突起部２ａ，２ａ’が設けられており、これにより第一絶縁板２および第二絶縁板２’の下面に底面が平坦な凹部２ｂ，２ｂ’が形成されている。この凹部２ｂ，２ｂ’は、絶縁基体１との間に第一密閉空間および第二密閉空間を形成するためのものであり、この凹部２ｂ，２ｂ’の底面に静電容量形成用の第三電極９および第四電極９’がそれぞれ被着されている。

この第三電極９はおよび第四電極９’は、前述の第一電極７および第二電極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，２ｂ’の底面の全面あるいは一部にそれぞれ被着されている。

このような第三電極９および第四電極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第一絶縁板２および第二絶縁板２’用のセラミックグリーンシートに印刷塗布し、これを第一絶縁板２および第二絶縁板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第一絶縁板２および第二絶縁板２’の凹部２ｂ，２ｂ’底面の全面あるいは一部にそれぞれ所定のパターンに形成される。なお、第三電極９および第四電極９’の露出表面には、第三電極９および第四電極９’が酸化腐食するのを防止するとともに第三電極９および第四電極９’と導電性接合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。

また、第一絶縁板２および第二絶縁板２’の突起部２ａ，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８ｂ，８ｂ’が被着されており、この第二接合用メタライズ層８ｂ，８ｂ’と前述の第一接合用メタライズ層８ａ，８ａ’がそれぞれ銀−銅ろう材等の導電性接合材を介して接合されている。

また、第一絶縁板２および第二絶縁板２’のそれぞれに形成された突起部２ａ，２ａ’の表面または内部には、第二接合用メタライズ層８ｂ，８ｂ’と、第三電極９および第四電極９’とを接続するための接続用メタライズ層１０，１０’が形成されており、それにより、前述の半導体素子３の電極に電気的に接続された第二接合用メタライズ層８ｂ，８ｂ’を介してそれぞれ接続された第三電極９および第四電極９’が半導体素子３の各電極と電気的に接続されるようになっている。

このとき、第一電極７と第三電極９とは、絶縁基体１と第一絶縁板２との間に形成された第一密閉空間を挟んで対向するとともに、第二電極７’と第四電極９’とは、絶縁基体１と第二絶縁板２’との間に形成された第二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と第三電極９、および第二電極７’と第四電極９’とのそれぞれの間隔に応じて所定の静電容量が形成される。

そして、第一絶縁板２および第二絶縁板２’のそれぞれの上面に外部の圧力が加わると、その圧力に応じて第一電極７と第三電極９、および第二電極７’と第四電極９’との間隔が変わり、それにより第一電極７と第三電極９、および第二電極７’と第四電極９’との間のそれぞれの静電容量が変化するので、それぞれが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に第一配線導体５ａ，５ａ’および第二配線導体５ｂ，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。

なお、このような第二接合用メタライズ層８ｂ，８ｂ’と接続用メタライズ層10，10’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、第一絶縁板２および第二絶縁板２’用のセラミックグリーンシートに印刷塗布し、これを第一絶縁板２および第二絶縁板２’の凹部２ｂ，２ｂ’の底面となる部位のそれぞれに形成し、第三電極９および第四電極９’となるパターンとそれぞれ導通させるようにセラミックグリーンシートを積層し、突起部２ａ，２ａ’および凹部２ｂ，２ｂ’が形成された第一絶縁板２および第二絶縁板２’用のそれぞれ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に形成される。また、第二接合用メタライズ層８ｂ，８ｂ’および接続用メタライズ層１０，１０’の露出する表面には、第二接合用メタライズ層８ｂ，８ｂ’および接続用メタライズ層１０，１０’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８ｂ，８ｂ’と導電性接合材との接合を強固なものとするために、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。

また、第一電極７および第二電極７’と接続される第一配線導体５ａ，５ａ’、第三電極９および第四電極９’と接続される第二配線導体５ｂ，５ｂ’は、半導体素子３に最短の配線長となるように接続されることが好ましい。これにより、不要な静電容量を小さなものとして感圧素子の感度を高めることができる。

好ましくは、第三電極９および第四電極９’は、第二配線導体５ｂ，５ｂ’との接続部がそれぞれ半導体素子３の直上に位置しているのがよい。これにより、半導体素子３と第三電極９および第四電極９’とを非常に短い距離で電気的に接続することが可能となり、第二配線導体５ｂ，５ｂ’を引き回すことによって抵抗が大きくなったり、配線導体５間に不要な静電容量を発生させることなく、きわめて良好に圧力検出の信号を半導体素子３に伝えることができる。

さらに、同様の理由で、第一電極７および第二電極７’は、第一配線導体５ａ，５ａ’との接続部がそれぞれ半導体素子３の直上に位置しているのがよい。

なお、第一電極７と第二電極９、および第三電極７’と第四電極９’との間隔が１気圧中において0.01ｍｍ未満の場合、第一絶縁板２および第二絶縁板２’に大きな圧力が加わった際に、第一絶縁板２および第二絶縁板２’のそれぞれが密閉空間側に撓んで第一電極７と第三電極９、および第二電極７’と第四電極９’とが接触して圧力を検出することが困難になる。また、５ｍｍを超えると、第一電極７と第三電極９、および第二電極７’と第四電極９’との間に形成される静電容量が小さなものとなり、圧力を検出する感度が低いものとなる傾向にある。したがって、第一電極７と第三電極９、および第二電極７’と第四電極９’との間隔は、１気圧中において０．０１〜５ｍｍの範囲が好ましい。

本発明の圧力装置は、本発明の圧力検出装置用パッケージと、搭載部１ｂに搭載されるとともに電極が配線導体５に電気的に接続された半導体素子３と、絶縁基体１の一方の主面の搭載部１ｂの周囲に半導体素子３を覆うように取着された蓋体（図示せず）または絶縁基体１の一方の主面に半導体素子３を覆うように被着された封止樹脂４とを具備していることから、上記圧力検出装置用パッケージの特徴を有して、外部の圧力を精度良く、かつ良好に検出することができるものとなる。

本発明の圧力検出装置用パッケージの実施例を以下に説明する。図１の断面図に示すような、絶縁基体１との間に第一密閉空間および第二密閉空間を形成するように、ヤング率の異なる電気絶縁材料の第一絶縁板２および第二絶縁板２’を銀−銅ろう材にて絶縁基体１に接合した１９種類の評価用試料（試料Ｎｏ．１〜１９）を作製した。

なお、使用した電気絶縁材料としては、ガラス−セラミックス（ヤング率１３０〜１４０ＧＰａ）、ムライト質焼結体（ヤング率１５０〜２５０ＧＰａ）、窒化アルミニウム質焼結体（ヤング率２６０〜３３０ＧＰａ）、炭化珪素質焼結体（ヤング率３４０〜３９０ＧＰａ）、酸化アルミニウム質焼結体（ヤング率４００〜５００ＧＰａ）とした。

第一絶縁基板２、および第二絶縁板２’の厚みをそれぞれ０．２ｍｍ、絶縁基体１と第一絶縁板２および第二絶縁板２’との密閉空間内に露出する第三電極９と第四電極９’の直径は７．０ｍｍとし、第一電極７と第三電極９、および第二電極７’と第四電極９’との距離が５０μｍとなるように接合した。

そして、それぞれの評価用試料において、第一絶縁板２および第二絶縁板２’に圧力１０１ｋＰａ（一気圧）の状態から１８００ｋＰａの圧力および４０００ｋＰａの圧力を加えて、その圧力毎に各評価用試料の第一電極７と第三電極９、および第二電極７’と第四電極９’との間の静電容量を測定し、その測定値より圧力１０１ｋＰａを基準とした静電容量の変化量を求め評価した。

なお、良否判断は、容量値の変化量が３ｐＦ未満のものを否（×）とし、３ｐＦのものを良（○）とした。

表１より、静電容量の変化量は、１８００ｋＰａの圧力を加えた場合には、第一絶縁板２でヤング率が１４０ＧＰａ以下のもの、およびすべての第二絶縁板２’で静電容量の変化量が３ｐＦより小さくなっており、圧力変化に対する静電容量の検出が困難となることがわかった。

また、４０００ｋＰａの圧力を加えた場合には、第一絶縁板２ではすべてが３ｐＦ未満または測定不可（表中−で示す）となっており、また、第二絶縁板２’でヤング率が４９０ｋＰａ以上になると、静電容量の変化量が３ｐＦより小さくなっており、圧力変化に対する静電容量の検出が困難となることがわかった。

以上より、第一絶縁板２および第二絶縁板２’のヤング率は、第一絶縁板２は１５０乃至３１０ＧＰａ、第二絶縁板２’は３２０乃至４８０ＧＰａとするのが良いことが判った。

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る。例えば上述の実施の形態の一例では、第一絶縁板２および第二絶縁板２’のそれぞれの下面外周部に枠状の突起部２ａ、２ａ’を設け、この突起部２ａ，２ａ’を絶縁基体１に接合することにより第一絶縁板２および第二絶縁板２’と絶縁基体１との間にそれぞれ密閉空間を設けるようにしたが、絶縁基体１の第一電極７および第二電極のそれぞれの周囲に突起部１ｃ，１ｃ’を設け、これを第一絶縁板２および第二絶縁板２’の下面と接合することによって絶縁基体１と、第一絶縁板２および第二絶縁板２’との間にそれぞれ密閉空間を設けるようにしてもよい。

また、絶縁基体１の第一電極７および第二電極７’の周囲に、それぞれ例えば鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等から成る金属枠体を銀−銅ろう等の導電性接合材を介して接合させておき、この金属枠体上に第一絶縁板２および第二絶縁板２’を銀−銅ろう等の導電性接合材を介して接合させることにより絶縁基体１と、第一絶縁板２および第二絶縁板２’との間にそれぞれ密閉空間を設けるようにしてもよい。

さらに、図２に断面図で示すように、絶縁基体１と、第一絶縁板２および第二絶縁板２’は同時焼成により焼結一体化することによって接合されていてもよい。その場合、第一接合用メタライズ層８ａ，８ａ’および第二接合用メタライズ層８ｂ，８ｂ’は設ける必要はない。

なお、図２で示した実施の形態の例においては、図１で示した実施の形態の例と実質的に共通の部分については図１で用いた符号を用い、その説明を省略する。

また、二つの密閉空間を設けてそれぞれが感圧素子として機能しているが、３つ以上の複数の密閉空間を設けて複数の感圧素子が機能するようにしてもよい。

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。 本発明の圧力検出装置用パッケージの実施の形態の他の例を示す断面図である。 従来の圧力検出装置用パッケージを示す断面図である。 従来の圧力検出装置用パッケージの他の例を示す断面図である。

符号の説明

１・・・・・絶縁基体
２・・・・・第一絶縁板
２’・・・・第二絶縁板
３・・・・・半導体素子
５・・・・・配線導体
７・・・・・第一電極
７’・・・・第二電極
９・・・・・第三電極
９’・・・・第四電極

Claims (3)

1. 一方の主面に半導体素子が搭載される搭載部を有する絶縁基体と、該絶縁基体の表面および内部に配設され、前記半導体素子の各電極が電気的に接続される複数の配線導体と、前記絶縁基体の他方の主面との間に第一密閉空間および第二密閉空間を形成するようにそれぞれ可撓な状態で前記絶縁基体に接合された第一絶縁板および第二絶縁板と、前記第一密閉空間および前記第二密閉空間内の前記絶縁基体の前記他方の主面にそれぞれ被着され、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および第二電極と、前記第一絶縁板および前記第二絶縁板の内側主面にそれぞれ前記第一電極および前記第二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三電極および第四電極とを具備しており、前記第一絶縁板のヤング率と前記第二絶縁板のヤング率が異なることを特徴とする圧力検出装置用パッケージ。
2. 前記第一絶縁板および前記第二絶縁板は、一方のヤング率が１５０乃至３１０ＧＰａであり、他方のヤング率が３２０乃至４８０ＧＰａであ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。
3. 請求項１または請求項２記載の圧力検出装置用パッケージと、前記搭載部に搭載されるとともに前記電極が前記配線導体に電気的に接続された前記半導体素子と、前記絶縁基体の前記一方の主面の前記搭載部の周囲に前記半導体素子を覆うように取着された蓋体または前記絶縁基体の前記一方の主面に前記半導体素子を覆うように被着された封止樹脂とを具備していることを特徴とする圧力検出装置。

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