JP2006208128A - 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】 絶縁基体とダイアフラムとの間に屑が介在してしまった場合、これを検出することができ、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用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】 半導体素子３が搭載される絶縁基体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とを備えている。第１の電極７の表面は、外周部から中央部に向かい漸次低くなる凹面である。
【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。

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方法がある。

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。

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面積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。
特開２００１−３５６０６４号公報

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。

なお、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の電極との間にカーボン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、第１の電極の外縁部にカーボン屑が存在する場合には、その位置に対応するダイアフラムの領域がその中央部の領域に比べて変動率が小さいため、実動作時にカーボン屑が第１の電極の中央部に移動した場合に第１の電極と第２の電極とを短絡させてしまう可能性のあるカーボン屑を検出することができない可能性がある。

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、実動作時に影響を与える可能性のある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。

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を備え、前記第１の電極の表面が外周部から中央部に向かい漸次低くなる凹面であることを特徴とするものである。

また、本発明の圧力検出装置用パッケージは、前記第１の電極が、前記枠状のスペーサの内側の前記絶縁基体の表面の中央領域に部分的に形成されているとともに、前記第１の電極の表面の周縁部が、その周囲の前記絶縁基体の表面より低い位置に形成されており、かつ、前記第１の電極の周囲の前記絶縁基体の表面が、前記枠状のスペーサ側から前記第１の電極側に向かい漸次低くなるように傾斜していることを特徴とするものである。

また、本発明の圧力検出装置用パッケージは、前記第１の電極および前記第２の電極により形成される容量値が定格最大値となるときの前記第１の電極の表面の中央部と前記第２の電極の表面の中央部との間隔が、前記枠状のスペーサの内側における絶縁基体側の表面とダイアフラム側の表面との間隔のなかで最も狭くなることを特徴とするものである。

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、該圧力検出装置用パッケージの前記絶縁基体に搭載され、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ることを特徴とするものである。

本発明の圧力検出装置用パッケージは、第１の電極の表面が外周部から中央部に向かい漸次低くなる凹面であることにより、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。

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、最も変動率の大きいダイアフラムの中央部に対応する第１の電極の中央部にカーボン屑等を収集させてから第１の電極と第２の電極との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容易に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。

本発明の圧力検出装置用パッケージは、第１の電極が、枠状のスペーサの内側の絶縁基体の表面の中央領域に部分的に形成されているとともに、第１の電極の表面の周縁部が、その周囲の前記絶縁基体の表面より低い位置に形成されており、かつ、第１の電極の周囲の絶縁基体の表面が、枠状のスペーサ側から第１の電極側に向かい漸次低くなるように傾斜していることにより、カーボン屑等が第１の電極よりも外周部に存在する場合、絶縁基体の表面の中央領域に部分的に形成された第１の電極の側部に引っかかることなく、第１の電極の中央部にカーボン屑等を収集させることできるので、カーボン屑等が混入していることを容易に検出することができる。

また、第１の電極と第２の電極とで形成される静電容量を小さくすることができるので、外部の圧力が印加された際のダイアフラムの撓み量を変えずに第１の電極と第２の電極とで形成される静電容量の変化量を大きくして、外部の圧力を感度良く検出することができるものとなる。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。

また、本発明の圧力検出装置用パッケージは、第１の電極および第２の電極により形成される容量値が定格最大値となるときの第１の電極の表面の中央部と第２の電極の表面の中央部との間隔が、枠状のスペーサの内側における絶縁基体側の表面とダイアフラム側の表面との間隔の中で最も狭くなることにより、第１の電極の中央部に収集されたカーボン屑等が容量値が定格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も大きいものであれば定格最大値となる圧力が印加されてダイアフラムが撓んだ際に第１の電極の中央部と第２の電極の中央部とがカーボン屑等に接触して確実に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。

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絶縁基体に搭載され、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ることにより、本発明の圧力装置は、このような構成により、圧力の検出精度を向上させることができる。

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。

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とを備えている。

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により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。

絶縁基体１は、一方の面（図１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。

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。

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。

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。

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。

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には複数の配線導体５のうちの一つである配線導体５ａが接続されており、この配線導体５ａに半導体素子３の電極が半田バンプ等の導電性接合部材６を介して接続されることにより半導体素子３の電極と第１の電極７とが電気的に接続される。

なお、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいて、第１の電極７の表面は、外周部から中央部に向かい漸次低くなる凹面となるように形成されている。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、第１の電極７上に存在するカーボン屑等を、最も変動率の大きいダイアフラムの中央部に対応する第１の電極の中央部に集めることができ、圧力検出装置の実動作時に第１の電極と第２の電極とを短絡させてしまう可能性のあるカーボン屑等を検出することが可能となる。

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。

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には複数の配線導体５のうち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の電極が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されることにより第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。

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。

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。

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。

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。

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。

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スクリーン印刷法によりダイアフラム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。

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。

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。

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。

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。

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。

そして、第１の電極７の表面が外周部から中央部に向かい漸次低くなる凹面となっている。この構成により、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しまった場合にも、第１の電極の中央部にカーボン屑を収集させやすくすることで、第１の電極７と第２の電極９との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。

また、本発明の圧力検出装置用パッケージは、図２に本発明の圧力検出装置用パッケージの第２の例の断面図で示すように、好ましくは、第１の電極７が、枠状のスペーサ１１の内側の絶縁基体１の表面の中央領域に部分的に形成されているとともに、第１の電極７の表面の周縁部が、その周囲の絶縁基体１の表面より低い位置に形成されており、かつ、第１の電極７の周囲の絶縁基体１の表面が、枠状のスペーサ１１側から第１の電極７側に向かい漸次低くなるように傾斜している。この構成により、カーボン屑等が第１の電極７よりも外周部に存在する場合、絶縁基体１の表面の中央領域に部分的に形成された第１の電極７の側部に引っかかって第１の電極７の中央部に収集されなくなることなく、第１の電極７の中央部にカーボン屑を良好に収集させることできるので、カーボン屑等が混入していることを容易に検出することができる。

また、第１の電極７と第２の電極９とで形成される静電容量を小さくすることができるので、外部の圧力が印加された際のダイアフラム２の撓み量を変えずに第１の電極７と第２の電極９とで形成される静電容量の変化量を大きくして、外部の圧力を感度良く検出することができるものとなる。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。

なお、第１の電極７の表面や絶縁基体１の表面を中央部が漸次低くなるな凹面にする方法としては、例えば、絶縁基体１用のセラミック生成形体表面を金型等で凹面形状にプレスした後に焼成する方法や焼成時に絶縁基体１の表面が凹面形状となるような反りを絶縁基体１に発生させて形成する方法が挙げられる。

なお、第１の電極７の表面や絶縁基体１の表面を中央部が漸次低くなるな凹面とした際、スペーサ１１が形成される第１の接合用メタライズ層８の表面は、第２の接合用メタライズ層１０と接合する際に、第１の接合用メタライズ層８と第２の接合用メタライズ層１０との間の導電性接合材等の偏りによる接合強度の低下やダイアフラム２の第１の電極７と第２の電極９との間隔のばらつきによる圧力検出装置の精度の低下が発生しないように、平面であることが好ましい。

また、図２においては、第１の電極７は、絶縁基体１の表面に形成されているが、絶縁基体１の内部に埋没されて、第１の電極７の表面が絶縁基体１の表面に露出するように形成されているものであっても構わない。

また、本発明の圧力検出装置用パッケージは、第１の電極７および第２の電極９により形成される容量値が定格最大値となるときの第１の電極７の表面の中央部と第２の電極９の表面の中央部との間隔が、枠状のスペーサ１１の内側における絶縁基体１側の表面とダイアフラム２側の表面との間隔の中で最も狭くなることから、第１の電極７の中央部に収集されたカーボン屑等が容量値が定格最大値となるときの第１の電極７と第２の電極９との間隔よりも大きいものであれば定格最大値となる圧力が印加されてダイアフラム２が撓んだ際に第１の電極７の中央部と第２の電極９の中央部とがカーボン屑等により接触させて確実に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。

図２に示した本発明の第２の例の圧力検出装置用パッケージを例に、図３に定格圧力最大値となる圧力が印加され、ダイアフラム２が撓んだ状態の圧力検出装置用パッケージの断面図を示す。すなわち、第１の電極７の中央部と第２の電極９の中央部との間隔ｄ１がその他の部位の間隔ｄ２よりも狭いものであれば、定格圧力の最大値となる圧力が印加された際に、ｄ１＜ｄ２とすることで、ｄ１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場合、第１の電極７と第２の電極９とが短絡することによりカーボン屑等を確実に検出することができる。

また、図４にパッケージの要部拡大断面図で示すように、凹面は球形状な曲面であり、凹面となった第１の電極７の表面の曲率半径Ｒ１は、定格圧力最大値となる圧力が印加された際の第２の電極９の下面の曲率半径Ｒ２よりも大きくなっていることが好ましい。第１の電極が凹面状態で、かつダイアフラム２が平坦に近い状態では、Ｒ２は∞に近い状態であるためにＲ１＜Ｒ２の状態にあるが、ダイアフラム２に外部の圧力が印加されて、第１の電極７側に撓むにつれて、ダイアフラム２の下面に形成されている第２の電極９の曲率半径Ｒ２は小さくなっていく。外部の圧力が印加された際、ダイアフラム２は、断面視で中心線に対して対象に可撓して中心部が最も可撓するので、第１の電極７の表面の中央部とは、同軸上にあることから、Ｒ１＞Ｒ２となったとき、第１の電極７の中央部と第２の電極９の中心部との間隔が空間内で最も狭くなるので、カーボン屑等の発生を容易に検出させることができるようになる。なお、Ｒ１とＲ２とは、定格圧力最大値の時に限らず、定格圧力範囲内にてＲ１＞Ｒ２となるものであれば、定格圧力内にて第１の電極７の中央部と第２の電極９の中心部との間隔が空間内で最も狭くなるので、カーボン屑等の発生を容易に検出させることができるようになる。

なお、実質的には第１の電極７および第２の電極９の表面粗さ等の凹凸やうねりが存在するが、第１の電極７の表面が球形状な曲面であり、ダイアフラム２が断面視で中心線に対して対象に撓むものとして考えた際、Ｒ１は、第１の電極７の表面を数点プロットし、プロットした点の接線に対する直交線同士が交差する点と第１の電極７の表面までの距離により近似的に算出することができ、Ｒ２は、定格圧力最大値となる圧力が印加された際の第２の電極９の下面を数点プロットし、プロットした点の接線に対する直交線同士が交差する点と第２の電極９の下面までの距離により近似的に算出することができる。

なお、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいて、枠状のスペーサ１１よりも内側にカーボン屑等が存在する場合、これらのカーボン屑を凹面となっている第１の電極７の中央部に良好に収集させるために、圧力検出装置用パッケージに振動等を与えてから評価することが好ましい。例えば、ＰＩＮＤ試験等の振動試験を行い、圧力検出装置用パッケージに振動を与えてカーボン屑を第１の電極７の中央部に収集させやすくしてから、第１の電極と第２の電極との間の絶縁抵抗値を評価することでカーボン屑等の発生をより良好に検出することができる。

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、圧力検出装置用パッケージの絶縁基体に搭載され、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ることから、本発明の圧力装置は、このような構成により、圧力の検出精度を向上させることができる。

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。

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。

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１１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。

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。 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の例の構造を示す平面図である。 図２に示した圧力検出装置用パッケージのダイアフラムが撓んだ状態を示す断面図である。 圧力検出装置用パッケージのダイアフラムの拡大図である。

符号の説明

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

Claims (4)

1. 半導体素子が搭載される絶縁基体と、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を備え、前記第１の電極の表面が外周部から中央部に向かい漸次低くなる凹面であ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１の電極が、前記枠状のスペーサの内側の前記絶縁基体の表面の中央領域に部分的に形成されているとともに、前記第１の電極の表面の周縁部が、その周囲の前記絶縁基体の表面より低い位置に形成されており、かつ、前記第１の電極の周囲の前記絶縁基体の表面が、前記枠状のスペーサ側から前記第１の電極側に向かい漸次低くなるように傾斜してい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. 前記第１の電極および前記第２の電極により形成される容量値が定格最大値となるときの前記第１の電極の表面の中央部と前記第２の電極の表面の中央部との間隔が、前記枠状のスペーサの内側における絶縁基体側の表面とダイアフラム側の表面との間隔のなかで最も狭くなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の圧力検出装置用パッケージ。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載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絶縁基体に搭載され、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ることを特徴とする圧力検出装置。

Images