JP2009031005A - 半導体圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性高く、且つ、安価な半導体圧力センサを提供する。
【解決手段】蓋部材３によって凹部４ａを真空気密封止することにより、パッケージ部材２，蓋部材３，及びセンサチップ６の表面（上面）側により囲まれた空間が真空雰囲気（真空室）となっている。この半導体圧力センサ１は、ダイヤフラム部５の表面側と裏面側の圧力差により発生するダイヤフラム部５の歪みを歪みゲージ等を利用して電極８を介して電気信号として検出することにより、貫通孔１０を介してダイヤフラム部５の裏面側に供給される大気の圧力と真空室内の圧力の圧力差を絶対圧として検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイヤフラム部の一方及び他方の面側をそれぞれ大気雰囲気及び真空雰囲気にすることにより絶対圧を検出する半導体圧力センサに関する。

従来より、ダイヤフラム部を有するセンサチップをガラス基板上に陽極接合し、センサチップとガラス基板により囲まれたダイヤフラム部の裏面側空間に真空室を形成することにより成形されたセンサユニットを備える半導体圧力センサが知られている（特許文献１参照）。このような構成を有する半導体圧力センサによれば、歪みゲージ等を利用してダイヤフラム部に発生する歪みを電気信号として検出することにより、ダイヤフラム部の表面側（大気側）の圧力と裏面側（真空室側）の圧力の圧力差を絶対圧として検出することができる。
特開平７−２９４３５１号公報

従来の半導体圧力センサでは、センサチップとガラス基板を真空雰囲気中で陽極接合することにより真空室を形成していた。但し、陽極接合は高温中での実施となるため、接合後、常温に戻った時に、センサチップとガラス基板との間に歪みが生じることによって絶対圧の検出精度が低下する可能性があり、信頼性の面で問題があった。またガラス基板を利用して真空室を形成するために、半導体圧力センサを安価に構成することが困難であった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、信頼性高く、且つ、安価な半導体圧力センサを提供することにある。

本発明に係る半導体圧力センサは、上面に凹部を有するパッケージ部材と、接着剤により凹部底面に全周部が接合され、中央部にダイヤフラム部を有するセンサ本体と、パッケージ部材の凹部周縁部に接合され、凹部内を真空気密封止する蓋部材と、センサ本体の全周部が接合されている凹部底面の内側領域に形成された貫通孔とを備える。

本発明に係る半導体圧力センサによれば、陽極接合及びガラス基板を用いることなく真空室を形成できるので、信頼性高く、且つ、安価な半導体圧力センサを提供することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態となる半導体圧力センサの構成について説明する。

〔半導体圧力センサの構成〕
本発明の実施形態となる半導体圧力センサ１は、図１（ａ），（ｂ）に示すように樹脂製のパッケージ部材２とパッケージ部材２の上面に接合された金属製の蓋部材３とを備える。パッケージ部材２の上面には、図１（ｂ）に示すように矩形形状の凹部４ａが形成され、凹部４ａの底面にはさらに矩形形状の凹部４ｂが形成されている。凹部４ｂの底面には、図１（ｂ）及び図２に示すように中央にダイヤフラム部５を有するセンサチップ６の全周部がダイボンド７により接合されている。凹部４ａの底面には、図２に示すように複数の電極８が形成され、電極８はワイヤ配線９を介してセンサチップ６の出力端子に接続されている。ダイボンド７が接合されている凹部４ｂ底面の内側領域には、図１（ｂ）及び図２に示すように貫通孔１０が形成されている。

この半導体圧力センサ１では、蓋部材３によって凹部４ａを真空気密封止することにより、パッケージ部材２，蓋部材３，及びセンサチップ６の表面（上面）側により囲まれた空間が真空雰囲気（真空室）となっている。この半導体圧力センサ１は、ダイヤフラム部５の表面側と裏面側の圧力差により発生するダイヤフラム部５の歪みを歪みゲージ等を利用して電極８を介して電気信号として検出することにより、貫通孔１０を介してダイヤフラム部５の裏面側に供給される大気の圧力と真空室内の圧力の圧力差を絶対圧として検出する。

このような半導体圧力センサ１の構成によれば、陽極接合技術及びガラス基板を用いることなく、信頼性の高いパッケージ封止技術を利用して真空室を形成することができるので、信頼性高く、且つ、安価に半導体圧力センサを構成することができる。またこの半導体圧力センサ１では、貫通孔１０はパッケージ部材２の裏面側に形成されているので、貫通孔１０からゴミが侵入してダイヤフラム部５に付着することにより、絶対圧の検出精度が低下することを抑制できる。

蓋部材３によって凹部４ａを真空気密封止する方法としては、パッケージ部材２の凹部４ａ周縁部と蓋部材３とを真空雰囲気中でシーム溶接又ははんだ接合する方法を例示することができる。また図４（ａ）に示すように蓋部材３に少なくとも一つの微小孔１１を形成し、図４（ｂ）に示すように蓋部材３をパッケージ部材２の上面に載置して大気雰囲気中でパッケージ部材２の上面と蓋部材を接合し、（３）図３及び図４（ｃ）に示すように真空雰囲気中で微小孔１１をはんだ等で熱溶着することにより凹部４ａを真空気密封止してもよい。図４（ａ）〜（ｃ）に示す方法によれば、真空雰囲気中で行う作業は微小孔１１の熱溶着のみとなるので、真空雰囲気中でシーム溶接又ははんだ接合する方法と比較して凹部４ａを簡単に真空気密封止することができる。

上記実施形態では、パッケージ部材２を樹脂材料により形成したが、図５に示すように積層された複数のセラミックス層１２ａ〜１２ｆによりパッケージ部材２を形成してもよい。このような構成によれば、図６に示すように各セラミックス層１２ａ〜１２ｆにコンタクト１３ａ〜１３ｅを形成し、コンタクト１３ａ〜１３ｅ間を電気配線１４により電気的に接続することにより、パッケージ部材２の高さ寸法を変化させることなく、ワイヤ配線９を介して電極８に出力されたセンサチップ６からの出力信号を任意の位置から取り出すことができる。上記実施形態では、ワイヤ配線９とセンサチップ６及び電極８との連結部位やダイヤフラム部５上面は真空室内に露出していたが、図７及び図８に示すように連結部位やダイヤフラム部５上面にジャンクション・コート・レジン１５を塗布するようにしてもよい。このような構成によれば、連結部位やダイヤフラム部５の信頼性を長期間保証することができる。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。

本発明の実施形態となる半導体圧力センサの上面図及び線分ＡＡ’における断面図を示す。 図１に示すパッケージ部材の上面図を示す。 熱溶着により凹部を真空気密封止した場合の半導体圧力センサの構成を示す上面図及び断面図を示す。 熱溶着により凹部を真空気密封止する方法を説明するための模式図である。 パッケージ部材の応用例の構成を示す断面図である。 図５に示すパッケージ部材を利用した電極の引き出し構造を説明するための模式図である。 図１に示す半導体圧力センサの応用例の構成を示す断面図である。 図７に示す半導体圧力センサにおけるパッケージ部材の構成を示す上面図である。

符号の説明

１：半導体圧力センサ
２：パッケージ部材
３：蓋部材
４ａ，４ｂ：凹部
５：ダイヤフラム部
６：センサチップ
７：ダイボンド
８：電極
９：ワイヤ配線
１０：貫通孔

Claims (6)

1. 上面に凹部を有するパッケージ部材と、
   凹部底面に全周部が接合され、中央部にダイヤフラム部を有するセンサ本体と、
   前記パッケージ部材の凹部周縁部に接合され、前記凹部内を真空気密封止する蓋部材と、
   前記センサ本体の全周部が接合されている凹部底面の内側領域に形成された貫通孔と
   を備えることを特徴とする半導体圧力センサ。
2. 請求項１に記載の半導体圧力センサにおいて、前記蓋部材は、真空雰囲気中でシーム溶接することにより前記パッケージ部材の凹部周縁部に接合されていることを特徴とする半導体圧力センサ。
3. 請求項１に記載の半導体圧力センサにおいて、前記蓋部材は、真空雰囲気中ではんだ接合することにより前記パッケージ部材の凹部周縁部に接合されていることを特徴とする半導体圧力センサ。
4. 請求項１に記載の半導体圧力センサにおいて、前記蓋部材は、蓋部材に少なくとも一つの微小孔を形成し、当該蓋部材をパッケージ部材の上面に載置し、大気雰囲気中でパッケージ部材の凹部周縁部と蓋部材を接合し、真空雰囲気中で前記微小孔を封止することにより、前記パッケージ部材の凹部周縁部に接合されていることを特徴とする半導体圧力センサ。
5. 請求項１乃至請求項４のうち、いずれか１項に記載の半導体圧力センサにおいて、前記パッケージ部材は多層積層されたセラミックス材により形成されていることを特徴とする半導体圧力センサ。
6. 請求項１乃至請求項５のうち、いずれか１項に記載の半導体圧力センサにおいて、少なくとも前記センサ本体及びパッケージ部材に形成された電極とワイヤ配線との連結部位、及び前記ダイヤフラム部の上面に塗布されたジャンクション・コート・レジン層を有することを特徴とする半導体圧力センサ。

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