JP2006170785A - Pressure sensitive element, pressure detecting device, and package for pressure detecting device - 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用いられる圧力検出装置用パッケージおよび圧力検出装置ならびに感圧素子に関する。 The present invention relates to a pressure detection device package, a pressure detection device, and a pressure sensitive element used in a pressure detection device for detecting pressure.
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に用いられるパッケージは、下記特許文献1に記載されているように、半導体素子が搭載される搭載部を有する絶縁基体と、絶縁基体の表面に形成された静電容量形成用の第1の電極と、絶縁基体の表面に可撓な状態で接合されたダイアフラムと、このダイアフラムの表面に第1の電極に対向するように被着された静電容量形成用の第2の電極とを備えている。そして、第1の電極および第2の電極により静電容量を形成するために、これら電極間に所定の間隔を設ける必要があり、ダイアフラムと絶縁基体との間にスペーサを備えている。
Conventionally, a capacitance type pressure detection device is known as a pressure detection device for detecting pressure. As described in
ここで、ダイアフラムを絶縁基体上の所定の位置に精度良く配置させて接合する方法として、一般的に、組立治具を用いて接合する方法が用いられている。例えば、所定の位置にダイアフラムに対応させた形状の位置合わせ用の穴を有する組み立て治具を絶縁基体上に配置させて、組み立て治具上の位置合わせ用の穴内にダイアフラムを入れ込み絶縁基体とダイアフラムとの位置合わせを行いつつ、絶縁基体とダイアフラムとを接合するという方法がある。 Here, as a method of joining the diaphragm with a high precision placed at a predetermined position on the insulating base, a method of joining using an assembly jig is generally used. For example, an assembly jig having an alignment hole having a shape corresponding to the diaphragm at a predetermined position is arranged on the insulating base, and the diaphragm is inserted into the alignment hole on the assembly jig, and the insulating base and the diaphragm There is a method in which the insulating base and the diaphragm are joined together while aligning with each other.
なお、このような組立治具として、絶縁基体とダイアフラムとを位置精度良く接合させるために、接合する際の熱により変形の可能性が低いものが求められており、一般的にはカーボン製のものが使用されている。 As such an assembly jig, in order to join the insulating base and the diaphragm with a high positional accuracy, a tool having a low possibility of deformation due to heat at the time of joining is required. Things are used.
また、第1の電極と第2の電極とで形成される静電容量は、第1の電極と第2の電極との間隔や第1の電極と第2の電極との対向する領域に作用されるものであり、ダイアフラムに外圧が印加された際、ダイアフラムの中央部はその位置が大きく変移するものの、外周部の変移は極めて小さく、第1の電極の外周部と第2の電極の外周部とで形成される静電容量は、外圧の変化による変化量が小さく、外圧が印加された際の静電容量の変化にあまり寄与しない部位である。そこで、圧力の検出感度を高めるために、ダイアフラムが撓んだ際の静電容量の変化量を大きくする方法として、第1の電極および第2の電極のうち一方の電極の面積を小さく形成した圧力検出装置用パッケージが考えられる。
しかしながら、絶縁基体とダイアフラムとを接合する際に、ダイアフラムと組立治具とが接触してしまって組立治具の一部が欠けてしまい、カーボン屑が絶縁基体とダイアフラムとの間に介在してしまう可能性があった。そして、カーボン屑を介して第1の電極と第2の電極とが短絡する可能性があった。 However, when the insulating base and the diaphragm are joined, the diaphragm and the assembly jig come into contact with each other and a part of the assembly jig is lost, and carbon scrap is interposed between the insulating base and the diaphragm. There was a possibility. Then, there is a possibility that the first electrode and the second electrode are short-circuited through the carbon waste.
また、絶縁基体とダイアフラムとの間にカーボン屑が介在してしまった場合、第1の電極と第2の電極との間に屑が介在している場合には、第1の電極と第2の電極との間の絶縁抵抗を測定することにより、カーボン屑を検出することができる。しかし、面積が小さい方の電極の外周にカーボン屑がある場合には検出することができないという問題を有していた。このため、圧力装置として使用している間にカーボン屑が移動して、第1の電極と第2の電極との間に介在してしまい、圧力検出の精度が低下する可能性があった。 Further, when carbon scraps are interposed between the insulating base and the diaphragm, or when scraps are interposed between the first electrode and the second electrode, the first electrode and the second electrode Carbon waste can be detected by measuring the insulation resistance between the electrodes. However, there is a problem that it cannot be detected when there is carbon debris on the outer periphery of the electrode having the smaller area. For this reason, carbon scraps move during use as a pressure device and are interposed between the first electrode and the second electrode, which may reduce the accuracy of pressure detection.
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み案出されたもので、その目的は、絶縁基体とダイアフラムとの間にカーボン屑等が介在していた場合にカーボン屑を検出することができ、信頼性の高い圧力検出装置用パッケージおよび圧力検出装置を提供することにある。 The present invention has been devised in view of the above-mentioned problems of the prior art, and its purpose is to detect carbon debris when carbon debris or the like is present between the insulating base and the diaphragm, It is an object of the present invention to provide a highly reliable pressure sensing device package and pressure sensing device.
本発明の圧力検出装置用パッケージは、半導体素子が搭載される搭載部を有する絶縁基体と、該絶縁基体の表面に形成された静電容量形成用の第1の電極と、前記絶縁基体の前記表面に対向する位置に配置されたダイアフラムと、前記ダイアフラムの表面に前記第1の電極に対向するように形成された前記静電容量形成用の第2の電極と、前記絶縁基体の前記表面と前記ダイアフラムの前記表面との間に形成された枠状のスペーサと、前記絶縁基体、前記ダイアフラムおよび前記スペーサにより形成された空間内に設けられた検査用電極とを備えていることを特徴とするものである。 A 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, a first electrode for forming a capacitance formed on a surface of the insulating base, and the insulating base. A diaphragm disposed at a position facing the surface; a second electrode for forming the capacitance formed on the surface of the diaphragm so as to face the first electrode; and the surface of the insulating substrate; A frame-like spacer formed between the surface of the diaphragm and an inspection electrode provided in a space formed by the insulating base, the diaphragm, and the spacer. Is.
また、本発明の圧力検出装置用パッケージは、検査用電極が、前記第1の電極または前記第2の電極との間の抵抗値を検知するための電極であることを特徴とするものである。 In the pressure detection device package of the present invention, the inspection electrode is an electrode for detecting a resistance value between the first electrode and the second electrode. .
また、本発明の圧力検出装置用パッケージは、前記検査用電極が、前記絶縁基体の前記表面における前記第1の電極の周囲に形成されていることを特徴とするものである。 The pressure detection device package according to the present invention is characterized in that the inspection electrode is formed around the first electrode on the surface of the insulating substrate.
また、本発明の圧力検出装置用パッケージは、前記検査用電極が、前記第1の電極の全周囲に形成されていることを特徴とするものである。 The pressure detection device package of the present invention is characterized in that the inspection electrode is formed all around the first electrode.
また、本発明の圧力検出装置用パッケージは、前記検査用電極と前記第1の電極との間隔が、静電容量が定格圧力範囲の最大値となるときの前記第1の電極と前記第2の電極との間隔より狭いことを特徴とするものである。 In the pressure detection device package of the present invention, the interval between the inspection electrode and the first electrode is such that the first electrode and the second electrode when the capacitance is a maximum value of a rated pressure range. It is characterized by being narrower than the distance from the electrode.
また、本発明の圧力検出装置用パッケージは、前記検査用電極が、前記第1の電極より厚く形成されていることを特徴とするものである。 The pressure detection device package of the present invention is characterized in that the inspection electrode is formed thicker than the first electrode.
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、該圧力検出装置用パッケージの前記搭載部に搭載され、前記ダイアフラムに加わる圧力を検出する半導体素子とを備えていることを特徴とするものである。 The pressure detection device of the present invention includes the pressure detection device package of the present invention and a semiconductor element that is mounted on the mounting portion of the pressure detection device package and detects pressure applied to the diaphragm. It is what.
本発明の感圧素子は、絶縁基体と、該絶縁基体の表面に形成された静電容量形成用の第1の電極と、前記絶縁基体の前記表面に対向する位置に配置されたダイアフラムと、前記ダイアフラムの表面に前記第1の電極に対向するように形成された前記静電容量形成用の第2の電極と、前記絶縁基体の前記表面と前記ダイアフラムの前記表面との間に形成された枠状のスペーサと、前記絶縁基体、前記ダイアフラムおよび前記スペーサにより形成された空間内に設けられた検査用電極とを備えていることを特徴とするものである。 The pressure-sensitive element of the present invention includes an insulating substrate, a first electrode for forming a capacitance formed on the surface of the insulating substrate, a diaphragm disposed at a position facing the surface of the insulating substrate, The capacitance forming second electrode formed on the surface of the diaphragm so as to face the first electrode, and formed between the surface of the insulating base and the surface of the diaphragm. A frame-shaped spacer and an inspection electrode provided in a space formed by the insulating base, the diaphragm, and the spacer are provided.
本発明の圧力検出装置用パッケージは、絶縁基体、ダイアフラムおよびスペーサにより形成された空間内に設けられた検査用電極を備えていることにより、静電容量が形成される空間内に混入されたカーボン屑等を検出することができ、信頼性の高い圧力検出装置を実現することが可能となる。 The package for a pressure detection device according to the present invention includes an inspection electrode provided in a space formed by an insulating base, a diaphragm, and a spacer, so that carbon mixed in the space in which the electrostatic capacitance is formed. It is possible to detect debris and the like, and to realize a highly reliable pressure detection device.
すなわち、本発明の圧力検出装置用パッケージは、静電容量が形成される空間内にカーボン屑等が混入してしまった場合にも、第1の電極、第2の電極および検査用電極間の絶縁抵抗を評価することで、カーボン屑等が混入していることを検出することができる。従って、外部の圧力を良好に検出することができる圧力検出装置を実現することができる。 That is, the pressure detection device package according to the present invention is provided between the first electrode, the second electrode, and the inspection electrode even when carbon dust or the like is mixed in the space where the capacitance is formed. By evaluating the insulation resistance, it can be detected that carbon scraps or the like are mixed. Therefore, it is possible to realize a pressure detection device that can detect external pressure satisfactorily.
本発明の圧力検出装置用パッケージは、検査用電極が、絶縁基体の表面における第1の電極の周囲に形成されていることにより、ダイアフラムを形成する際に変形が生じる可能性を低減させ、また、外部の圧力が印加した際にダイアフラムを均一に撓ませることができ、外部の圧力を良好に検出することができる圧力検出装置を実現することが可能となる。 The pressure detection device package according to the present invention reduces the possibility of deformation when forming a diaphragm, because the inspection electrode is formed around the first electrode on the surface of the insulating substrate. When the external pressure is applied, the diaphragm can be bent uniformly, and a pressure detection device that can detect the external pressure satisfactorily can be realized.
本発明の圧力検出装置用パッケージは、検査用電極が、第1の電極の全周囲に形成されていることにより、静電容量形成用の第1の電極が第2の電極のより小さく形成された構造において、静電容量が形成される空間内の絶縁基体のうち検査用電極が第1の電極の形成されていない領域を検査用電極で埋めることができ、静電容量が形成用される空間内におけるカーボン屑等の検出精度を向上させることが可能となる。 In the package for a pressure detection device of the present invention, the inspection electrode is formed all around the first electrode, so that the first electrode for forming the capacitance is formed smaller than the second electrode. In the structure, the region where the first electrode is not formed can be filled with the inspection electrode in the insulating base in the space where the electrostatic capacitance is formed, and the capacitance is formed. It becomes possible to improve the detection accuracy of carbon debris and the like in the space.
本発明の圧力検出装置用パッケージは、検査用電極と第1の電極との間隔が、定格圧力範囲の最大値となるときの第1の電極と第2の電極との間隔より狭いことにより、検査用電極と第1の電極との間にカーボン屑等が混入してしまった場合にも、外部の圧力が印加されてダイアフラムが撓んで際の第1の電極と第2の電極との間隔よりも大きいものであれば検出することができ、信頼性の高い圧力検出装置を実現することができる。 The package for the pressure detection device of the present invention is such that the distance between the inspection electrode and the first electrode is narrower than the distance between the first electrode and the second electrode when the maximum value of the rated pressure range is reached. Even when carbon debris or the like is mixed between the inspection electrode and the first electrode, the distance between the first electrode and the second electrode when the external pressure is applied and the diaphragm is bent. If it is larger than that, it can be detected, and a highly reliable pressure detecting device can be realized.
本発明の圧力検出装置用パッケージは、検査用電極が、第1の電極より厚く形成されていることにより、撓み量の小さなダイアフラムの外周部においてより小さなカーボン屑等を検出することができ、検出精度の向上を図ることが可能となる。すなわち、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいて、ダイアフラムの外周部における検査用電極と第2の電極との距離を狭くすることができ、より小さなカーボン屑等を検出することが可能となる。 In the pressure detection device package of the present invention, the inspection electrode is formed thicker than the first electrode, so that it is possible to detect smaller carbon debris and the like at the outer periphery of the diaphragm with a small amount of deflection. The accuracy can be improved. That is, in the pressure detection device package of the present invention, the distance between the inspection electrode and the second electrode on the outer peripheral portion of the diaphragm can be reduced, and smaller carbon debris can be detected.
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、圧力検出装置用パッケージの搭載部に搭載され、ダイアフラムに加わる圧力を検出する半導体素子とを備えていることにより、信頼性を向上させることができる。 The pressure detection device of the present invention includes the pressure detection device package of the present invention and a semiconductor element that is mounted on the mounting portion of the pressure detection device package and detects the pressure applied to the diaphragm, thereby improving reliability. Can be improved.
本発明の感圧素子は、絶縁基体、ダイアフラムおよびスペーサにより形成された空間内に設けられた検査用電極を備えていることにより、静電容量が形成される空間内に混入したカーボン屑等を検出することができ、信頼性の向上を図ることが可能となる。 The pressure-sensitive element of the present invention includes an inspection electrode provided in a space formed by an insulating base, a diaphragm, and a spacer, so that carbon debris or the like mixed in the space in which the electrostatic capacity is formed is removed. Therefore, it is possible to improve the reliability.
本発明の圧力検出装置用パッケージを添付の図面を参照して詳細に説明する。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第1の例の構造を示す断面図である。 A package for a pressure detection device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a first example of an embodiment of a package for a pressure detection device according to the present invention.
図2(a)は、図1に示した圧力検出装置用パッケージの絶縁基体の平面図であり、図2(b)は、絶縁基体に対向するダイアフラムの下面図である。 FIG. 2A is a plan view of an insulating base of the pressure detection device package shown in FIG. 1, and FIG. 2B is a bottom view of the diaphragm facing the insulating base.
本発明の圧力検出装置用パッケージは、絶縁基体1と、絶縁基体1に形成された静電容量形成用の第1の電極7と、ダイアフラム2と、ダイアフラム2の表面に形成された静電容量形成用の第2の電極9と、絶縁基体1の表面とダイアフラム2の表面との間に形成された枠状のスペーサ11とを備えている。そして、本発明の圧力検出装置用パッケージは、絶縁基体1、ダイアフラム2およびスペーサ11により形成された空間内に検査用電極12が設けられている。
The package for a pressure detection device of the present invention includes an
絶縁基体1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,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る。絶縁基体1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、次のようにして製作される。まず、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、これをドクターブレード法を用い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る。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。そして、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、絶縁基体1が製作される。
The
絶縁基体1は、一方の面(図2では下面)に、半導体素子3が収容される凹部1aが形成されており、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の底面の中央部に、半導体素子3が搭載される搭載部1bが形成されている。この搭載部1bに半導体素子3が搭載されるとともに、半導体素子3が凹部1a内において例えばエポキシ樹脂等の樹脂製封止材4により覆われることにより、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によって覆われることにより封止されるが、絶縁基体1の一方の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の各電極と電気的に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、図1に示した例では、半導体素子3の電極と配線導体5とが半田バンプを介して接続される構造としたが、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。
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1の電極7,第2の電極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の一方の面(図1では下面)の外周部に導出され、別の一部は第1の電極7,第2の電極9に電気的に接続されている。そして、半導体素子3の各電極がこれら配線導体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されるとともに半導体素子3が樹脂製封止材4で封止された後、配線導体5の絶縁基体1の一方の面(図1では下面)の外周部に導出された部位が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されることにより、内部に収容される半導体素子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,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が酸化腐食すること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の上面中央部には、静電容量形成用の第1の電極7が被着されている。この第1の電極7は、後述する第2の電極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1の電極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等の導電性接合部材6を介して接続すると半導体素子3の電極と第1の電極7とが電気的に接続されるようになっている。
A
このような第1の電極7は、タングステン,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1の電極7の露出表面には、第1の電極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。
The
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1の接合用メタライズ層8が被着されており、この第1の接合用メタライズ層8には、後述する下面に第2の電極9を有するダイアフラム2の下面外周部のスペーサ11の下面に形成された第2の接合用メタライズ層10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。この第1の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等の導電性接合部材6を介して電気的に接続すると第1の接合用メタライズ層8に接続された第2の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。
A frame-shaped first
第1の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1の接合用メタライズ層8の露出表面には、第1の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1の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。
The first
ダイアフラム2は、絶縁基体1の表面(図1では、絶縁基体1の上面)に対向する位置に配置されている。このダイアフラム2は、絶縁基体1との間に密閉空間を形成するように取着されている。ダイアフラム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の平板状のものであり、外部の圧力に応じて絶縁基体1側に撓む。
The
なお、静電容量型の圧力検出装置は、80kPa(低圧用圧力検出装置)〜2000kPa(高圧用圧力検出装置)の圧力のもとで使用されることが一般的であり、ダイアフラム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、これに例えば80kPa程度の大きな外部圧力が加わった場合に破損しやすくなり、他方、5mmを超えると、例えば2000kPa程度の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なものとなりやすい。したがって、ダイアフラム2の厚みは0.01〜5mmの範囲が好ましい。
The capacitance type pressure detection device is generally used under a pressure of 80 kPa (pressure detection device for low pressure) to 2000 kPa (pressure detection device for high pressure). When the thickness is less than 0.01 mm, the mechanical strength becomes small, and when this is applied to a large external pressure of, for example, about 80 kPa, the mechanical strength is easily broken. Therefore, it tends to be unsuitable as a pressure detection diaphragm. Therefore, the thickness of the
このようなダイアフラム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、次のようにして製作される。まず、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、これをドクターブレード法を用い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る。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ダイアフラム2用の生セラミック成形体を得る。そして、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、ダイアフラム2が製作される。
If such a
また、ダイアフラム2の下面外周部には高さが0.01〜5mm程度の枠状のスペーサ11が設けられており、これにより下面中央部に底面が略平坦な凹部が形成されている。この凹部は、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、この凹部の底面には静電容量形成用の第2の電極9が被着されている。
Further, a frame-
このような第2の電極9は、タングステン,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ダイアフラム2用のセラミックグリーンシートに印刷塗布し、これをダイアフラム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ダイアフラム2の凹部の底面の略全面に所定のパターンに形成される。なお、第2の電極9の露出表面には、第2の電極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。
Such a second electrode 9 is made of metal powder metallization such as tungsten, molybdenum, copper, silver, etc., and obtained by adding and mixing an appropriate organic binder, solvent, plasticizer, and dispersant to metal powder such as tungsten. The metallized paste is printed and applied to the ceramic green sheet for
また、ダイアフラム2のスペーサの下面にはその全周にわたり枠状の第2の接合用メタライズ層10が被着されており、この第2の接合用メタライズ層10には、前述の第1の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。
Further, a frame-like second
また、第2の接合用メタライズ10と第2の電極9とは電気的に接続されており、それにより、前述の半導体素子3に電気的に接続された第1の接合用メタライズ層8を介して、第2の電極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。
Further, the
このとき、第1の電極7と第2の電極9とは、絶縁基体1とダイアフラム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1の電極7や第2の電極9の面積および第1の電極7と第2の電極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、ダイアフラム2の上面に外部の圧力が印加されると、その圧力に応じてダイアフラム2が絶縁基体1側に撓んで第1の電極7と第2の電極9との間隔が変わり、それにより第1の電極7と第2の電極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。
At this time, the
なお、このような第2の接合用メタライズ層10は、タングステン,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、ダイアフラム2のスペーサ用のセラミックグリーンシートに印刷塗布し、これをダイアフラム2の下面に形成された第2の電極9と導通させるようにダイアフラム2用のセラミックグリーンシートと積層し、ダイアフラム2にスペーサおよび凹部を形成した後、ダイアフラム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、ダイアフラム2のスペーサ11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2の接合用メタライズ層10の露出する表面には、第2の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2の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。
The second
なお、第1の電極7は、その直径が他方の主面が密閉空間内に露出する領域の中心部に形成されており、この領域の直径に対して50〜80%程度に形成されていることがより好ましい。50%未満であると、第1の電極7と第2の電極9との間に形成される静電容量が小さいものとなってしまい圧力を良好に検出することが困難となり、80%を越えると、第1の電極7と第2の電極9との間に静電容量の変化に寄与しない余計な静電容量が形成されてしまい静電容量の変化率が低下するので圧力検出感度が低くなってしまう。
The
そして、絶縁基体1、ダイアフラム2およびスペーサ11により形成された空間内に設けられた検査用電極12を備えている。検査用電極12は、タングステン,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スクリーン印刷法により絶縁基体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の上面外周部に所定のパターンで形成される。なお、検査用電極12の露出表面には、検査用電極12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。
An
図1に示した圧力検出装置用パッケージにおいて、検査用電極12は、絶縁基体1の第1の電極7の周囲に形成されている。また、検査用電極12は、空間の外部(図1においては、絶縁基体1の側面)に形成された検査用パッド13に電気的に接続されている。
In the pressure detection device package shown in FIG. 1, the
なお、検査用電極12は、絶縁基体1に形成されていることに限られず、ダイアフラム2に形成されているものであってもよい。図3に、検査用電極12がダイアフラム2に形成された構造を示す。図3は、本発明の圧力検出装置用パッケージの実施の形態の第2の例の構造を示す断面図である。図4(a)は、図3に示した圧力検出装置用パッケージの絶縁基体1の平面図であり、図4(b)は、絶縁基体1に対向するダイアフラム2の下面図である。図3,4に示した圧力検出装置用パッケージにおいて、検査用電極12は、静電容量形成用の第2の電極の全周囲に形成されている。
Note that the
また、検査用電極12は、静電容量が形成される空間内であれば、スペーサ11に形成されていてもよい。
Further, the
本発明の圧力検出装置用パッケージは、このように、絶縁基体1、ダイアフラム2およびスペーサ11により形成された空間に検査用電極12が設けられていることにより、絶縁基体1とダイアフラム2との間にカーボン屑等が介在してないか検査を行うことができる。図1,3に示した圧力検出装置用パッケージにおいては、第1の電極7および第2の電極9に電気的に接続される配線導体5と検査用パッド13に測定端子をあてて、第1の電極7,第2の電極9,検査用電極12とのそれぞれの絶縁抵抗を評価することにより、静電容量が形成される空間内の状態を検査することができる。
As described above, the pressure detection device package of the present invention is provided with the
例えば、図1,2に示した本発明の圧力検出装置用パッケージにおいて、静電容量が形成される空間内にカーボン屑等が混入してしまった場合に、第1の電極7と第2の電極9との間の絶縁抵抗、および、第2の電極9と検査用電極12との間の絶縁抵抗を評価することで、第1の電極7上にカーボン屑等がある場合には、第1の電極7と第2の電極9とが短絡することとなり、第1の電極7よりも外周に屑がある場合には、第2の電極9と検査用電極12とが短絡することとなり、静電容量が形成される空間内にダイアフラム2が撓んだ際に第1の電極7と第2の電極9とが短絡するようなカーボン屑等が混入しているか否かを確実に検出することができるようになる。
For example, in the package for the pressure detection device of the present invention shown in FIGS. 1 and 2, when carbon debris or the like is mixed in the space where the capacitance is formed, the
また、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいて、検査用電極12は、絶縁基体1の表面における第1の電極7の周囲に形成されていることが好ましい。本発明の圧力検出装置用パッケージは、このような構成により、第2の電極9の周囲に検査用電極12を形成する必要がないので、ダイアフラム2を形成する際に変形が発生しにくくなるとともに、ダイアフラム2に外部の圧力が印加された際に、ダイアフラム2を均一に撓ませやすくして外部の圧力を良好に検出することができる圧力検出装置を実現することができる。
In the pressure detection device package of the present invention, the
また、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいて、検査用電極12は、第1の電極7の全周囲に形成されていることが好ましい。本発明の圧力検出装置用パッケージは、このような構成により、静電容量形成用の第1の電極7が第2の電極より小さく形成された構造において、静電容量が形成される空間内の絶縁基体1のうち検査用電極12が第1の電極7の形成されていない領域を検査用電極12で埋めることができ、静電容量が形成される空間内におけるカーボン屑等の検出精度を向上させることが可能となる。
In the pressure detection device package of the present invention, the
また、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいて、検査用電極12と第1の電極7との間隔d1は、静電容量が定格圧力範囲の最大値となるときの第1の電極7と第2の電極9との間隔d2より狭いことが好ましい。ここで、定格圧力範囲とは、通常の使用により変化する静電容量値の範囲をいう。図5は、静電容量が定格圧力範囲の最大値となったときの圧力検出装置用パッケージの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は、このような構成により、静電容量が定格圧力範囲の最大値となるときの第1の電極7と第2の電極9との間隔d2より大きいカーボン屑等が、静電容量が形成される空間内に混入しているとしても、第1の電極7と検査用電極12とが短絡することによりカーボン屑等を検出することができる。
In the pressure detection device package of the present invention, the distance d1 between the
なお、図5に示した圧力検出装置用パッケージにおいて、静電容量が定格圧力範囲の最大値となるときの第1の電極7と第2の電極9との間隔d2は、ダイアフラム2が撓んだ際に第1の電極7と第2の電極9との距離が最も狭くなる各電極の中央部間の距離をいう。
In the package for the pressure detection device shown in FIG. 5, the distance d2 between the
また、検査用電極12が絶縁基体1の表面における第1の電極7の周囲に形成された本発明の圧力検出装置用パッケージにおいて、検査用電極12が第1の電極7より厚く形成されていることが好ましい。
In the pressure detection device package of the present invention in which the
本発明の圧力検出装置用パッケージは、このような構成により、撓み量の小さなダイアフラムの外周部においてより小さなカーボン屑等を検出することができ、検出精度の向上を図ることが可能となる。すなわち、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいて、ダイアフラム2の外周部における検査用電極12と第2の電極9との距離を狭くすることができ、より小さなカーボン屑等を検出することが可能となる。
With such a configuration, the pressure detection device package of the present invention can detect smaller carbon debris and the like on the outer peripheral portion of the diaphragm with a small amount of deflection, and can improve detection accuracy. That is, in the package for a pressure detection device of the present invention, the distance between the
なお、上記の構成において、検査用電極12と第2の電極9との距離は、定格圧力範囲の最大値となるときの第1の電極7と第2の電極9との間隔より狭くなることがより好ましい。また、検査用電極12がダイアフラム2に形成されている場合においては、検査用電極12を第2の電極9より厚く形成させておけばよい。
In the above configuration, the distance between the
また、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、絶縁基体1の搭載部1bに搭載され、第1の電極7と第2の電極9との間の静電容量の変化に基づいてダイアフラム2に加わる圧力を検出する半導体素子3とを備えている。本発明の圧力装置は、このような構成により、小型化を図りつつ圧力の検出精度を向上させたとすることができる。
The pressure device of the present invention is mounted on the pressure detection device package of the present invention and the mounting
本発明の感圧素子は、絶縁基体1と、絶縁基体1の表面に形成された静電容量形成用の第1の電極7と、絶縁基体1の表面に対向する位置に配置されたダイアフラム2と、ダイアフラム2の表面に第1の電極7に対向するように形成された静電容量形成用の第2の電極9と、絶縁基体1の表面とダイアフラム2の表面との間に形成された枠状のスペーサ11と、絶縁基体1、ダイアフラム2およびスペーサ11により形成された空間内に設けられた検査用電極12とを備えている。本発明の感圧素子は、このような構成により、静電容量が形成される空間内にカーボン屑等が混入していることを検出できる。
The pressure-sensitive element of the present invention includes an
すなわち、本発明の感圧素子は、静電容量が形成される空間内にカーボン屑等が混入してしまった場合に、第1の電極7と第2の電極9との間の絶縁抵抗、および、第2の電極9と第1の電極7との間の絶縁抵抗を評価することで、第1の電極上に屑がある場合は、第1の電極7と第2の電極9とが短絡することとなり、第1の電極7よりも外周に屑がある場合は、第2の電極9と検査用電極12とが短絡することとなり、静電容量が形成される空間内にダイアフラム2が撓んだ際に第1の電極7と第2の電極9とが短絡するようなカーボン屑等が混入しているか否かを確実に検出することができる。
That is, the pressure-sensitive element of the present invention has an insulation resistance between the
また、静電容量形成用の第1の電極7および第2の電極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の各電極に接続していることにより、第1の電極7および第2の電極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を実現することができる。
Further, 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、上述の例では、スペーサ11はダイアフラム2側に形成されているが、図6に本発明の圧力検出装置用パッケージの他の例で示すように、スペーサ12は絶縁基体1側に形成されているものであっても構わない。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the above-described example, the
1・・・・・・・・絶縁基体
1a・・・・・・・凹部
1b・・・・・・・搭載部
2・・・・・・・・ダイアフラム
3・・・・・・・・半導体素子
4・・・・・・・・樹脂製封止材
5、5a、5b・・配線導体
6・・・・・・・・導電性接合材
7・・・・・・・・第1の電極
8・・・・・・・・第1のメタライズ層
9・・・・・・・・第2の電極
10・・・・・・・第2のメタライズ層
11・・・・・・・スペーサ
12・・・・・・・検査用電極
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