JP2010096613A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】ゲージ抵抗３４ａが形成された半導体チップ３１ａと被接合部材３１ｂとを有するセンサ部３０を備えた圧力センサにおいて、センサ部３０の内部で熱応力が発生することを抑制することができる圧力センサを提供する。
【解決手段】センサ部３０を、互いに対向配置される半導体チップ３１ａおよび被接合部材３１ｂを有した構成とすると共に半導体チップ３１ａと被接合部材３１ｂとの間に圧力基準室３５を形成する。そして、半導体チップ３１ａおよび被接合部材３１ｂにそれぞれダイヤフラム３４ａ、３４ｂを形成し、半導体チップ３１ａに形成されたダイヤフラム３４ａにゲージ抵抗３６ａを備え、半導体チップ３１ａおよび被接合部材３１ｂを半導体チップ３１ａと被接合部材３１ｂとの中央に位置する境界面に対して対称な外型形状とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、測定媒体の圧力に応じて抵抗値が変化するゲージ抵抗を備えたセンサ部を用いて構成された圧力センサに関する。

従来より、例えば、特許文献１には、異なるチップ面積を有する第１半導体チップと第２半導体チップとが貼り合わされて構成されたセンサ部がリードフレームに備えられて構成される圧力センサが開示されている。

具体的には、このような圧力センサでは、第１、第２半導体チップの表面に薄肉状のダイヤフラムが形成されており、それぞれのダイヤフラムの表面にブリッジ回路を構成するようにゲージ抵抗が備えられている。また、第１、第２半導体チップの表面には、ゲージ抵抗と電気的に接続されるアルミニウム等で構成される配線が備えられている。そして、これら第１半導体チップの裏面と第２半導体チップの裏面とが貼り合わされることにより、センサ部が構成されている。また、圧力センサを構成するケーシングの内部には圧力検出空間が構成されており、この圧力検出空間には貫通孔を備えたリードフレームを有する樹脂基板が備えられている。そして、センサ部は貫通孔を塞ぐようにリードフレームと接続され、圧力検出空間はセンサ部およびリードフレームにより二つの空間に仕切られた構成とされている。詳しくは、センサ部は、第１、第２半導体チップのうちチップ面積が大きい半導体チップの裏面における外縁部がリードフレームと接続され、チップ面積が小さい側の半導体チップが貫通孔の内側に配置された構成とされている。例えば、第１半導体チップのチップ面積が第２半導体チップのチップ面積より大きい場合には、第１半導体チップの裏面の外縁部、つまり第１半導体チップの裏面のうち第２半導体チップと接続されていない部分がリードフレームと接続され、第２半導体チップが貫通孔の内部に配置された構成となる。また、第２半導体チップのチップ面積が第１半導体チップのチップ面積より大きい場合には、第２半導体チップがリードフレームと接続され、第１半導体チップが貫通孔の内部に配置された構成となる。

かかる圧力センサでは、二つに仕切られた圧力検出空間のうち一方の空間の圧力を第１半導体チップにより検出することができ、他方の空間の圧力を第２半導体チップにより検出することができる。
特開２００１−２１４３１号公報

しかしながら、このような圧力センサでは、異なるチップ面積を有する第１、第２半導体チップが貼り合わされてセンサ部が構成されており、第１半導体チップと第２半導体チップとの熱膨張係数が異なるため第１半導体チップと第２半導体チップとの間で熱応力が発生する。そして、第１半導体チップと第２半導体チップとの間で発生した熱応力によりゲージ抵抗に応力が印加されるため、圧力検出精度が低下するという問題がある。

また、このような圧力センサは、センサ部に備えられているゲージ抵抗およびゲージ抵抗と電気的に接続されている配線が直接測定媒体に曝される状態となっており、例えば、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、ＤＰＦという）等の検出用として使用される場合には、ゲージ抵抗および配線が腐食する可能性があり、圧力検出精度が低下するという問題がある。なお、ここでは、ゲージ抵抗を形成した第１半導体チップが接合される被接合部材がゲージ抵抗を形成した第２半導体チップとなる場合について説明したが、ゲージ抵抗が形成された半導体チップがゲージ抵抗を形成していない被接合部材に接合する場合についても同様の問題が起こる。

本発明は上記点に鑑みて、ゲージ抵抗が形成された半導体チップと被接合部材とを有するセンサ部を備えた圧力センサにおいて、センサ部の内部で熱応力が発生することを抑制することができる圧力センサを提供することを第１の目的とし、さらに、センサ部の内部で熱応力が発生することを抑制し、センサ部に備えられるゲージ抵抗および配線が腐食することを防止することができる圧力センサを提供することを第２の目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、第１のケース（１０）と第２のケース（２０、２１）とを組みつけて構成されるケーシング（１００）と、ケーシング（１００）内に備えられ、測定媒体の圧力に応じた信号を出力するセンサ部（３０）と、を備え、センサ部（３０）は、互いに対向配置される半導体チップ（３１ａ）および被接合部材（３１ｂ）を有すると共に半導体チップ（３１ａ）と被接合部材（３１ｂ）との間に形成された圧力基準室（３５）を有しており、半導体チップ（３１ａ）および被接合部材（３１ｂ）にはそれぞれダイヤフラム（３４ａ、３４ｂ）が形成され、半導体チップ（３１ａ）に形成されたダイヤフラム（３４ａ）にはゲージ抵抗（３６ａ）が備えられており、半導体チップ（３１ａ）および被接合部材（３１ｂ）は半導体チップ（３１ａ）と被接合部材（３１ｂ）との中央に位置する境界面に対して対称な外型形状とされていることを特徴としている。

このような圧力センサでは、半導体チップ（３１ａ）と被接合部材（３１ｂ）とが境界面に対して対称な外型形状とされているため、半導体チップ（３１ａ）と被接合部材（３１ｂ）との熱膨張係数の差を従来の圧力センサより低減させることができる。したがって、従来の圧力センサよりセンサ部（３０）の内部で熱応力が発生することを抑制することができる。

例えば、請求項２に記載の発明のように、半導体チップ（３１ａ）と被接合部材（３１ｂ）を直接接合してセンサ部（３０）を構成し、半導体チップ（３１ａ）には被接合部材（３１ｂ）との接合面と反対側の面に第１凹部（３２ａ）を形成すると共に被接合部材（３１ｂ）との接合面に第２凹部（３３ａ）を形成することによりダイヤフラム（３４ａ）を形成し、被接合部材（３１ｂ）には半導体チップ（３１ａ）との接合面と反対側の面に第１凹部（３２ｂ）を形成すると共に半導体チップ（３１ａ）との接合面に第２凹部（３３ｂ）を形成することによりダイヤフラム（３４ｂ）を形成する。そして、圧力基準室（３５）を半導体チップ（３１ａ）および被接合部材（３１ｂ）に形成された第２凹部（３３ａ、３３ｂ）により構成し、半導体チップ（３１ａ）と被接合部材（３１ｂ）との接合面を境界面とし、半導体チップ（３１ａ）および被接合部材（３１ｂ）をこの境界面に対して対称な外型形状とすることもできる。

また、請求項３に記載の発明のように、半導体チップ（３１ａ）と被接合部材（３１ｂ）とを中間部材（３１ｃ）を介して接合し、これら半導体チップ（３１ａ）、被接合部材（３１ｂ）および中間部材（３１ｃ）にてセンサ部（３０）を構成し、中間部材（３１ｃ）には、半導体チップ（３１ａ）側の面に第３凹部（４２ａ）を形成すると共に被接合部材（３１ｂ）側の面に第４凹部（４２ｂ）を形成し、圧力基準室（３５）を半導体チップ（３１ａ）と第３凹部（４２ａ）との間および被接合部材（３１ｂ）と第４凹部（４２ｂ）との間に形成する。そして、被接合部材（３１ｂ）に形成されたダイヤフラム（３４ｂ）にゲージ抵抗（３６ｂ）を備え、中間部材（３１ｃ）の中心面を境界面とし、半導体チップ（３１ａ）、被接合部材（３１ｂ）および中間部材（３１ｃ）がこの境界面に対して対称な外型形状とすることもできる。

そして、請求項４および５に記載の発明のように、半導体チップ（３１ａ）および被接合部材（３１ｂ）、または、半導体チップ（３１ａ）、被接合部材（３１ｂ）、および中間部材（３１ｃ）を、センサ部（３０）の中心点に対して対称な外型形状とすることもできる。

このような圧力センサによれば、半導体チップ（３１ａ）と被接合部材（３１ｂ）との熱膨張係数の差をさらに低減させることができ、センサ部（３０）の内部で熱応力が発生することを抑制することができる。

さらに、請求項６に記載の発明のように、被接合部材（３１ｂ）に形成されたダイヤフラム（３４ｂ）にゲージ抵抗（３６ｂ）を備え、請求項６および７に記載の発明のように、半導体チップ（３１ａ）に備えたゲージ抵抗（３６ａ）と被接合部材（３１ｂ）に備えたゲージ抵抗（３６ｂ）とを境界面に対して対称な形状とすることもできる。

このような圧力センサによれば、半導体チップ（３１ａ）および被接合部材（３１ｂ）に備えられるゲージ抵抗（３６ａ、３６ｂ）もそれぞれ境界面に対して対称な形状とされているため、半導体チップ（３１ａ）と被接合部材（３１ｂ）との熱膨張係数の差をさらに低減させることができ、センサ部（３０）の内部で熱応力が発生することを抑制することができる。

また、請求８に記載の発明のように、半導体チップ（３１ａ）に備えたゲージ抵抗（３６ａ）をダイヤフラム（３４ａ）のうち被接合部材（３１ｂ）側に備えると共に、半導体チップ（３１ａ）のうち被接合部材（３１ｂ）側にゲージ抵抗（３６ａ）と電気的に接続される配線（３８ａ）を備え、ゲージ抵抗（３６ａ）および配線（３８ａ）を圧力基準室（３５）に備えてもよい。また、請求項９に記載の発明のように、被接合部材（３１ｂ）に備えたゲージ抵抗（３６ｂ）をダイヤフラム（３４ｂ）のうち半導体チップ（３１ａ）側に備え、被接合部材（３１ｂ）のうち半導体チップ（３１ａ）側にゲージ抵抗（３６ｂ）と電気的に接続される配線（３８ｂ）を備え、ゲージ抵抗（３６ｂ）および配線（３８ｂ）を圧力基準室（３５）に備えてもよい。

このような圧力センサによれば、ゲージ抵抗（３６ａ、３６ｂ）および配線（３８ａ、３８ｂ）が圧力基準室（３５）の内部にそれぞれ備えられているため、ゲージ抵抗（３６ａ、３６ｂ）および配線（３８ａ、３８ｂ）が測定媒体に曝されることを防止することができると共に腐食することを防止することができる。

また、請求項１０に記載の発明のように、半導体チップ（３１ａ）および被接合部材（３１ｂ）を同じ材料を用いて構成してもよい。このような圧力センサによれば、半導体チップ（３１ａ）と被接合部材（３１ｂ）との熱膨張係数の差をさらに低減することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の一実施形態が適用された圧力センサについて説明する。図１は、本実施形態にかかる圧力センサの全体断面図、図２は、図１に示す二点鎖線部分の拡大図である。これら図１、図２に基づいて本実施形態の圧力センサの構成について説明する。

図１に示されるように、本実施形態の圧力センサは、ケース１０と第１、第２圧力ポート２０、２１とを有して構成されるケーシング１００を用いて構成されている。なお、本実施形態では、第１、第２圧力ポート２０、２１がケース１０と共にケーシング１００を構成する第２のケースに相当する。

ケース１０は、例えば、断熱樹脂材料であるＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂を型成形することにより作られている。そして、ケース１０には、一面側（図１中の上面側）に第１窪み部１１ａが形成され、この一面と反対の他面側（図１中の下面側）に第１窪み部１１ａと連通する第２窪み部１１ｂが形成されている。また、ケース１０には、第１窪み部１１ａと第２窪み部１１ｂとの連通部を遮断するように第１窪み部１１ａの底面に圧力検出用のセンサ部３０が設けられている。

図２に示されるように、センサ部３０は、互いに対向配置される第１半導体チップ３１ａおよび第２半導体チップ３１ｂを有すると共に第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとの間に形成された圧力基準室３５を有している。

具体的には、センサ部３０は第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとが接着材等を介して直接接合されて構成されている。そして、第１半導体チップ３１ａには、第２半導体チップ３１ｂとの接合面と反対側の面に第１凹部３２ａが形成されていると共に、第２半導体チップ３１ｂとの接合面に第２凹部３３ａが形成されていることにより、ダイヤフラム３４ａが形成されている。また、第２半導体チップ３１ｂには、第１半導体チップ３１ａと同様に、第１半導体チップ３１ａとの接合面と反対側の面に第１凹部３２ｂが形成されていると共に、第１半導体チップ３１ａとの接合面に第２凹部３３ｂが形成されていることにより、ダイヤフラム３４ｂが形成されている。そして、第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂに形成された第２凹部３３ａ、３３ｂにより圧力基準室３５が形成されている。なお、本実施形態では、第２半導体チップ３１ｂが第１半導体チップ３１ａに接合される被接合部材に相当している。また、第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂは、例えば、Ｓｉ等の半導体基板を用いて構成され、圧力基準室３５は真空状態とされている。

そして、第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂは、第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとの中央に位置する境界面に対して対称な外型形状とされていると共に、センサ部３０の中心点に対して対称な外型形状とされている。つまり、第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂには、この境界面に対して対称な外型形状になると共にセンサ部３０の中心点に対して対称な外型形状になるようにそれぞれ第１、第２凹部３２ａ〜３３ｂが形成されている。なお、本実施形態では、第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとが直接接合されているため、第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとの接合面が境界面となる。また、第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂの外型形状とは、第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂを構成する半導体基板における外表面の形状を示しており、後述する第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂに備えられるゲージ抵抗３６ａ、３６ｂ、信号処理回路部３７ａ、３７ｂ、第１配線３８ａ、３８ｂ、第２配線３９ａ、３９ｂ、および第１、第２電極４１ａ、４１ｂを含まない形状を示している。

図３は図２に示す第１半導体チップ３１ａに形成された第２凹部３３ａの上面レイアウトを示す図である。なお、第２半導体チップ３１ｂに形成された第２凹部３３ｂの上面レイアウトも図３と同様である。また、図２中の第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂは図３中のＡ−Ａ断面に相当している。

図２および図３に示されるように、第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂにはそれぞれブリッジ回路を構成するようにゲージ抵抗３６ａ、３６ｂが備えられており、各ゲージ抵抗３６ａ、３６ｂは圧力基準室３５に備えられている。

また、第１半導体チップ３１ａに備えられるゲージ抵抗３６ａはダイヤフラム３４ａのうち第２半導体チップ３１ｂ側に備えられ、第２半導体チップ３１ｂに備えられるゲージ抵抗３６ｂはダイヤフラム３４ｂのうち第１半導体チップ３１ａ側に備えられている。このため、第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂに形成されるゲージ抵抗３６ａ、３６ｂは圧力基準室３５に備えられた構成とされている。また、本実施形態では、第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂに形成されたゲージ抵抗３６ａ、３６ｂは第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとの接合面に対して対称な形状とされていると共にセンサ部３０の中心点に対して対称な形状とされている。

さらに、第１半導体チップ３１ａのうち第１凹部３２ａの底面には、ゲージ抵抗３６ａからの出力の増幅および調整を行う信号処理回路部３７ａがゲージ抵抗３６ａを囲むように形成されていると共に、ゲージ抵抗３６ａと信号処理回路部３７ａとを電気的に接続するアルミニウム等で構成される第１配線３８ａが備えられている。また、第１半導体チップ３１ａと同様に、第２半導体チップ３１ｂのうち第２凹部３３ｂの底面には、ゲージ抵抗３６ｂからの出力の増幅および調整を行う信号処理回路部３７ｂがゲージ抵抗３６ｂを囲むように形成されていると共に、ゲージ抵抗３６ｂと信号処理回路部３７ｂとを電気的に接続するアルミニウム等で構成される第１配線３８ｂが備えられている。

本実施形態では、これら第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂに備えられる信号処理回路部３７ａ、３７ｂおよび第１配線３８ａ、３８ｂも第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとの接合面に対して対称な形状とされていると共にセンサ部３０の中心点に対しても対称な形状とされている。なお、本実施形態では、第１配線３８ａ、３８ｂが本発明のゲージ抵抗３６ａ、３６ｂに電気的に接続される配線に相当している。

また、センサ部３０には、それぞれの信号処理回路部３７ａ、３７ｂから第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂにおける接合面に沿った方向に引き出された第２配線３９ａ、３９ｂと、この第２配線３９ａ、３９ｂとそれぞれ電気的に接続される電極４０が備えられている。本実施形態では、第２配線３９ａ、３９ｂは、第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂにそれぞれ形成された拡散抵抗を用いて構成されている。また、本実施形態では、第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂに備えられる第２配線３９ａ、３９ｂも第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとの接合面に対して対称な形状とされている。

電極４０は、第１半導体チップ３１ａに備えられた第１電極４１ａと第２半導体チップ３１ｂに備えられた第２電極４１ｂとを有して構成されている。第１電極４１ａは、第２半導体チップ３１ｂとの接合面から第２配線３９ａに達する孔の側壁に絶縁膜を配置すると共に、この孔の内部にアルミニウム等の金属を埋め込むことにより構成されている。また、第２電極４１ｂは、第２半導体チップ３１ｂの表裏を貫通する貫通孔の側壁に絶縁膜を配置すると共に、この貫通孔の内部にアルミニウム等の金属等を埋め込むことにより構成されている。

そして、図１に示されるように、ケース１０には、センサ部３０と外部の回路等とを電気的に接続するための複数個の金属製棒状のターミナル１２が備えられている。このターミナル１２はインサートモールドによりケース１０と一体に成形されることによりケース１０内に保持されている。

具体的には、ターミナル１２は、ケース１０のうち第１窪み部１１ａから一端部が露出するようにケース１０に備えられている。そして、ケース１０のうち第１窪み部１１ａから露出しているターミナル１２の一端部とセンサ部３０に備えられた電極４０とが電気的に接続されるように、センサ部３０が電極４０以外の部分に塗布した接着剤によって第１窪み部１１ａの底面と接着されている。また、第１窪み部１１ａの底面にはセンサ部３０を囲むようにシール剤５０が配置されている。このシール材５０は、センサ部３０とケース１０との隙間から測定媒体が入りこむことにより電極４０とターミナル１２との接合部分が腐食してしまうことを防止すると共に、第１窪み部１１ａと第２窪み部１１ｂとを隔離するものである。

また、ターミナル１２は第１窪み部１１ａの底面と平行な方向に延びるように配置されており、ケース１０に備えられた開口部１３から外部に露出している。そして、各ターミナル１２のうち開口部１３内に突出している部分の端部は、図示しないワイヤハーネス等の外部配線部材を介して外部回路と電気的に接続されている。

さらに、ケース１０には、外部から測定媒体を導入する第１、第２圧力ポート２０、２１が組み付けられている。具体的には、第１圧力ポート２０はケース１０のうち第１窪み部１１ａ側に組み付けられ、第２圧力ポート２１はケース１０のうち第２窪み部１１ｂ側に組み付けられている。また、第１、第２圧力ポート２０、２１には、それぞれ、図１中において破線にて示す導入ポート２０ａ、２１ａが設けられている。なお、これら圧力ポート２０、２１は、上記ケース１０と同様に、例えば、ＰＰＳ等の樹脂材料などを成形することにより作られる。

また、ケース１０と第１圧力ポート２０、および、ケース１０と第２圧力ポート２１とは、ネジ部材としてのネジ６０および第１、第２ナット６１、６２を用いて一体に組み付けられている。具体的には、第１ナット６１はケース１０にインサート成形されており、ケース１０と第１、第２圧力ポート２０、２１とをネジ６０および第１ナット６１によりネジ結合した後、第２ナット６２を用いて締結することでケース１０と第１、第２圧力ポート２０、２１とを一体に組みつけている。本実施形態では、このようにケース１０と第１、第２圧力ポート２０、２１とを組み付けることによりケーシング１００が構成されている。なお、これらネジ部材６０〜６２に代えて、リベットなどを用いてケース１０と第１、第２圧力ポート２０、２１とを一体に組み付けることもできる。本実施形態では、上記のように圧力センサが構成され、ケーシング１００の内部にセンサ部３０が備えられた構成とされている。

次に、本実施形態の圧力センサＳ１の圧力検出動作について述べる。

図示しないが、例えば、第１圧力ポート２０の導入ポート２０ａが上記排気管におけるＤＰＦの上流側に対してゴムホースなどにより接続され、第２圧力ポート２１の導入ポート２１ａが上記排気管におけるＤＰＦの下流側に対してゴムホースなどにより接続される。
それにより、第１圧力ポート２０へＤＰＦの上流側圧力（前圧）が導入され、第２圧力ポート２１へＤＰＦの下流側圧力（後圧）が導入される。

そして、各第１、第２圧力ポート２０、２１に導入された測定媒体が、センサ部３０に印加される。具体的には、第１圧力ポート２０へ導入されたＤＰＦの上流側圧力（前圧）がセンサ部３０のうち第１半導体チップ３１ａに形成されているダイヤフラム３４ａに印加され、第２圧力ポート２１へ導入されたＤＰＦの下流側圧力（後圧）がセンサ部３０のうち第２半導体チップ３１ｂに形成されているダイヤフラム３４ｂに印加される。そして、第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂに形成されているそれぞれのダイヤフラム３４ａ、３４ｂは、測定媒体の圧力に応じて歪むことになり、歪みに基づく信号が信号処理回路部３７ａ、３７ｂに伝達される。そして、それぞれの信号処理回路部３７ａ、３７ｂからの信号がターミナル１２から外部に伝達されることで測定媒体の圧力が検出され、上流側圧力と下流側圧力との差圧が検出される。

かかる圧力センサは、基本的には従来と同様にして製造され、センサ部３０を第１半導体チップ３１ａおよび第２半導体チップ３１ｂを有した構成とし、センサ部３０の内部に圧力基準室３５を備えると共に圧力基準室３５にゲージ抵抗３６ａ、３６ｂを備えた構成とすればよい。具体的には、例えば、まず、第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂを構成する半導体基板を用意する。そして、それぞれの半導体基板に対して第２配線３９ａ、３９ｂを形成する。その後、それぞれの半導体基板に対して、第２凹部３３ａ、３３ｂを形成すると共に、上記形状となるようにゲージ抵抗３６ａ、３６ｂ、信号処理回路部３７ａ、３７ｂおよび第１配線３８ａ、３８ｂを形成する。続いて、それぞれの半導体基板に対して第１凹部３２ａ、３２ｂを形成することにより、ダイヤフラム３４ａ、３４ｂを形成する。そして、それぞれの半導体基板に対して第１電極４１ａを形成すると共に第２電極４１ｂを形成し、第１半導体チップ３１ａおよび第２半導体チップ３１ｂを構成する。

続いて、第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとを直接接合してセンサ部３０を構成する。このとき、第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとが接合面に対して対称な外型形状になると共にセンサ部３０の中心点に対して対称な外型形状となるように第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとを直接接合する。また、第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとを直接接合することにより、第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂに形成された第１凹部３２ａ、３２ｂにより圧力基準室３５が形成される。

このような圧力センサでは、第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとが接合面に対して対称な外型形状とされていると共にセンサ部３０の中心点に対して対称な外型形状とされている。そして、第１半導体チップ３１ａに備えられるゲージ抵抗３６ａ、信号処理回路部３７ａおよび第１配線３８ａと、第２半導体チップ３１ｂに備えられるゲージ抵抗３６ｂ、信号処理回路部３７ｂおよび第１配線３８ｂとが接合面に対し対称な形状とされていると共にセンサ部３０の中心点に対して対称な形状とされている。さらに、第１半導体チップ３１ａに備えられる第２配線３９ａと第２半導体チップ３１ｂに備えられる第２配線３９ｂとが接合面に対して対称な形状とされている。

このため、本実施形態の圧力センサによれば、第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとの熱膨張係数の差を従来の圧力センサより低減させることができる。したがって、従来の圧力センサよりセンサ部３０の内部で熱応力が発生することを抑制することができ、圧力検出精度が低下することを抑制することができる。

また、本実施形態の圧力センサでは、ゲージ抵抗３６ａ、３６ｂおよび第１配線３８ａ、３８ｂが圧力基準室３５の内部にそれぞれ備えられているため、ゲージ抵抗３６ａ、３６ｂおよび第１配線３８ａ、３８ｂが測定媒体に曝されることを防止することができると共に腐食することを防止することができる。さらに、本実施形態では、ゲージ抵抗３６ａ、３６ｂおよび第１配線３８ａ、３８ｂと同様に、それぞれの信号処理回路部３７ａ、３７ｂも圧力基準室３５に備えられているので信号処理回路部３７ａ、３７ｂが腐食することを防止することもできる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の圧力センサは、第１実施形態に対して第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとを中間部材を介して接合したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるのでここでは説明を省略する。図４は、本実施形態の圧力センサの部分拡大図である。なお、図４は図１に示す二点鎖線部分に対応しており、本実施形態の圧力センサのうちの他の部分は図１と同様である。

図４に示されるように、本実施形態の圧力センサは、第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとが中間部材３１ｃを介して接合されている。そして、センサ部３０が、第１半導体チップ３１ａ、第２半導体チップ３１ｂおよび中間部材３１ｃを有した構成とされている。

第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂには、それぞれ第１凹部３２ａ、３２ｂが形成されており、第１凹部３２ａ、３２ｂによりダイヤフラム３４ａ、３４ｂが形成されている。また、中間部材３１ｃには、第１半導体チップ３１ａ側の面に第３凹部４２ａが形成されており、第２半導体チップ３１ｂ側の面に第４凹部４２ｂが形成されている。そして、第１半導体チップ３１ａと第３凹部４２ａとの間および第２半導体チップ３１ｂと第４凹部４２ｂとの間に圧力基準室３５が形成されている。なお、本実施形態では、この圧力基準室３５は大気圧状態とされている。

さらに、中間部材３１ｃには、第１電極４１ａと第２電極４１ｂとを電気的に接続する第３電極４１ｃが備えられており、センサ部３０に備えられる電極４０は第１、第２、第３電極４１ａ〜４１ｃを有して構成されている。第３電極４１ｃは、中間部材３１ｃの表裏を貫通する貫通孔の側壁に絶縁膜を配置すると共に、この貫通孔の内部にアルミニウム等の金属等を埋め込むことにより構成されている。

そして、これら第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂおよび中間部材３１ｃは、第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとの間に位置し、かつ中間部材３１ｃの中心面である境界面に対して対称な外型形状とされていると共に、センサ部３０の中心点に対して対称な外型形状とされている。つまり、第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂには、この境界面に対して対称な外型形状になると共にセンサ部３０の中心点に対して対称な外型形状になるようにそれぞれ第１、第２凹部３２ａ〜３３ｂが形成されている。そして、中間部材３１ｃには、この境界面に対して対称な外型形状になると共にセンサ部３０の中心点に対して対称な外型形状になるように第３凹部４２ａおよび第４凹部４２ｂが形成されている。なお、中間部材３１ｃとしては、例えば、第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂと同様に、例えば、Ｓｉ等の半導体基板を用いることができる。

このような圧力センサによれば、第１半導体チップ３１ａと第３凹部４２ａおよび第２半導体チップ３１ｂと第４凹部４２ｂとの間にそれぞれ圧力基準室３５が形成されているので、圧力基準室３５を真空状態としなくてもそれぞれ第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂに備えられたゲージ抵抗３６ａ、３６ｂにより異なる圧力を検出することができつつ、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態の圧力センサは、第２実施形態に対して信号処理回路部３７を中間部材３１ｃに形成したものであり、その他に関しては第２実施形態と同様であるためここでは説明を省略する。図５は本実施形態にかかる圧力センサの部分拡大図である。なお、図５は図１に示す二点鎖線部分に対応しており、本実施形態の圧力センサのうちの他の部分は図１と同様である。

図５に示されるように、本実施形態の圧力センサでは、中間部材３１ｃに第１半導体チップ３１ａおよび第２半導体チップ３１ｂに備えられたそれぞれのゲージ抵抗３６ａ、３６ｂからの出力の増幅や調整を行う信号処理回路部３７が形成されている。そして、中間部材３１ｃには、信号処理回路部３７から引き出された第２配線３９ｃが第３電極４１ｃに達するように備えられている。また、第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂには、第２配線３９ａ、３９ｂがそれぞれの第１配線３８ａ、３８ｂと直接電気的に接続されるように備えられている。このような圧力センサとしても、上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態の圧力センサは、第１実施形態に対して半導体チップ３１ａのみにゲージ抵抗３６ａを形成したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるためここでは説明を省略する。図６は本実施形態にかかる圧力センサの部分拡大図である。なお、図６は図１に示す二点鎖線部分に対応しており、本実施形態の圧力センサのうちの他の部分は図１と同様である。

図６に示されるように、本実施形態の圧力センサでは、第１半導体チップ３１ａのみにゲージ抵抗３６ａが備えられている。そして、被接合部材に相当する第２半導体チップ３１ｂには、ゲージ抵抗３６ｂ、信号処理回路部３７ｂ、第１配線３８ｂおよび第２配線３９ｂが備えられていない構成とされている。また、圧力基準室３５は大気圧状態とされている。

このような圧力センサとしても、圧力基準室３５を大気圧とすることにより第１半導体チップ３１ａに形成されたダイヤフラム３４ａに印加される圧力と第２半導体チップ３１ｂに形成されたダイヤフラム３４ｂに印加される圧力との差圧を検出することができる。また、第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとは、第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとの中央に位置する境界面に対して対称な外型形状とされているので、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、センサ部３０が接着剤によりケース１０と接続されている例を説明したが、電極４０とターミナル１２とが金属接合されていてもよいし、電極４０とターミナル１２との間にはんだ等のバンプを配置してバンプ接合としてもよい。

また、上記各実施形態において、第１半導体チップ３１ａに備えられる第２配線３９ａと第２半導体チップ３１ｂに備えられる第２配線３９ｂとがセンサ部３０の中心点に対して対称な形状となるように、第１半導体チップ３１ａおよび第２半導体チップ３１ｂにそれぞれダミー配線を形成してもよい。また、電極４０がセンサ部３０の中心点に対して対称な形状となるようにセンサ部３０にダミー電極を形成してもよい。このような圧力センサによれば、第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとの熱膨張係数の差をさらに低減することができ、センサ部３０の内部で熱応力が発生することを抑制することができる。

さらに、上記第１〜第３実施形態では、第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂに形成されるゲージ抵抗３６ａ、３６ｂが圧力基準室３５に備えられた構成とされており、上記第４実施形態では、第１半導体チップ３１ａに形成されるゲージ抵抗３６ａが圧力基準室３５に備えられた構成とされているが、各ゲージ抵抗３６ａ、３６ｂが圧力基準室３５に備えられていない構成としてもよい。具体的には、第１半導体チップ３１ａに備えられるゲージ抵抗３６ａをダイヤフラム３４ａのうち第２半導体チップ３１ｂと反対側に備え、第２半導体チップ３１ｂに備えられるゲージ抵抗３６ｂをダイヤフラム３４ｂのうち第１半導体チップ３１ａと反対側に備えることができる。このような圧力センサとしても、第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとが接合面に対して対称な外型形状とされていると共にセンサ部３０の中心点に対して対称な外型形状とされているので、従来の圧力センサより第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとの熱膨張係数の差を低減することができる。また、第１半導体チップ３１ａに備えられるゲージ抵抗３６ａと第２半導体チップ３１ｂに形成されるゲージ抵抗３６ｂのどちらかを一方のみを圧力基準室３５に備える構成とすることもできる。

また、上記第１、第４実施形態では、第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとが、第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとの中央に位置する境界面に対して対称な外型形状とされていると共に、センサ部３０の中心点に対して対称な外型形状とされている構成を説明したが、第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとがこの境界面に対してのみ対称な外型形状とされている構成とすることもできるし、センサ部３０の中心点に対してのみ対称な外型形状とされている構成とすることもできる。

さらに、上記第２、第３実施形態では、第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂおよび中間部材３１ｃが、第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとの間に位置し、かつ中間部材３１ｃの中心面である境界面に対して対称な外型形状とされていると共にセンサ部３０の中心点に対して対称な外型形状とされている構成を説明したが、第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂおよび中間部材３１ｃがこの境界面に対してのみ対称な外型形状とされている構成とすることもできるし、センサ部の中心点に対してのみ対称な外型形状とすることもできる。

このような圧力センサとしても、従来の圧力センサより第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとの熱膨張係数の差を低減することができ、センサ部３０の内部で熱応力が発生することを抑制することができる。

また、上記第１〜第３実施形態では、第１半導体チップ３１ａに備えられるゲージ抵抗３６ａと第２半導体チップ３１ｂに備えられるゲージ抵抗３６ｂとが第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとの中央に位置する境界面に対して対称な形状とされていると共に、センサ部３０の中心点に対して対称な形状とされている構成を説明したが、第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂに備えられるゲージ抵抗３６ａ、３６ｂがこの境界面に対してのみ対称な形状とされている構成とすることもできるし、センサ部３０の中心点に対してのみ対称な形状とされている構成とすることもできる。

さらに、上記第１、第２実施形態では、第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂに備えられる信号処理回路部３７ａ、３７が第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとの中央に位置する境界面に対して対称な形状とされていると共に、センサ部３０の中心点に対して対称な形状とされている構成を説明したが、第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂに備えられる信号処理回路部３７ａ、３７ｂがこの境界面に対してのみ対称な形状とされている構成とすることもできるし、センサ部３０の中心点に対してのみ対称な形状とされている構成とすることもできる。また、同様に、上記第１〜第３実施形態では、第１、第２半導体チップ３１ａ、３１ｂに備えられる第１配線３８ａ、３８ｂがこの境界面に対してのみ対称な形状とされている構成とすることもできるし、センサ部３０の中心点に対してのみ対称な形状とされている構成とすることもできる。

そして、上記第１〜第３実施形態では、第１半導体チップ３１ａに備えられるゲージ抵抗３６ａ、信号処理回路部３７ａ、第１配線３８ａおよび第２配線３９ａと、第２半導体チップ３１ｂに備えられるゲージ抵抗３６ｂ、信号処理回路部３７、第１配線３８ｂおよび第２配線３９ｂとが少なくとも第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとの中央に位置する境界面に対して対称な形状とされている。しかしながら、これらゲージ抵抗３６ａ、３６ｂ、信号処理回路部３７ａ、３７ｂ、第１配線３８ａ、３８ｂおよび第２配線３９ａ、３９ｂがこの境界面に対して対称な形状とされていない構成とすることもできる。このような圧力センサとしても、第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとが境界面に対して対称な外型形状とされていれるので、従来の圧力センサより第１半導体チップ３１ａと第２半導体チップ３１ｂとの熱膨張係数の差を低減することができ、センサ部３０の内部で熱応力が発生することを抑制することができる。

さらに、上記第４実施形態では、圧力基準室３５を大気圧状態としているが真空状態にすることもできる。この場合は、例えば、コネクタケースに圧力導入孔を備えたハウジングをかしめてケーシング１００を構成し、このケーシング１００の内部にセンサ部３０を備えることができる。なお、このような圧力センサでは、コネクタケースが第１のケースに相当し、ハウジングが第２のケースに相当する。

また、上記各実施形態では、信号処理回路部３７ａ、３７ｂが圧力基準室３５に備えられている構成とされているが、信号処理回路部３７ａ、３７ｂは圧力基準室３５に備えられていなくてもよい。例えば、ケーシング１００の内部に測定媒体に曝されない領域を形成し、この領域に信号処理回路部３７ａ、３７ｂを配置する構成としてもよい。

本発明の第１実施形態における圧力センサの断面構成を示す図である。 図１に示す二点鎖線部分の拡大図である。 図１に示す第１半導体チップにおける第２凹部の上面レイアウトを示す図である。 本発明の第２実施形態における圧力センサの部分拡大図である。 本発明の第３実施形態における圧力センサの部分拡大図である。 本発明の第４実施形態における圧力センサの部分拡大図である。

符号の説明

１０ ケース
２０ 第１圧力ポート
２１ 第２圧力ポート
３０ センサ部
３１ａ 第１半導体チップ
３１ｂ 第２半導体チップ
３２ａ、３２ｂ 第１凹部
３３ａ、３３ｂ 第２凹部
３４ａ、３４ｂ ダイヤフラム
３５ 圧力基準室
３６ａ、３６ｂ ゲージ抵抗
３７ａ、３７ｂ 信号処理回路部

Claims (10)

1. 第１のケース（１０）と第２のケース（２０、２１）とを組みつけて構成されるケーシング（１００）と、
   前記ケーシング（１００）内に備えられ、測定媒体の圧力に応じた信号を出力するセンサ部（３０）と、を備え、
   前記センサ部（３０）は、互いに対向配置される半導体チップ（３１ａ）および被接合部材（３１ｂ）を有すると共に前記半導体チップ（３１ａ）と前記被接合部材（３１ｂ）との間に形成された圧力基準室（３５）を有しており、
   前記半導体チップ（３１ａ）および前記被接合部材（３１ｂ）にはそれぞれダイヤフラム（３４ａ、３４ｂ）が形成され、前記半導体チップ（３１ａ）に形成されたダイヤフラム（３４ａ）にはゲージ抵抗（３６ａ）が備えられており、
   前記半導体チップ（３１ａ）および前記被接合部材（３１ｂ）は前記半導体チップ（３１ａ）と前記被接合部材（３１ｂ）との中央に位置する境界面に対して対称な外型形状とされていることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記半導体チップ（３１ａ）と前記被接合部材（３１ｂ）とが直接接合されてセンサ部（３０）が構成されており、
   前記半導体チップ（３１ａ）には前記被接合部材（３１ｂ）との接合面と反対側の面に第１凹部（３２ａ）が形成されていると共に前記被接合部材（３１ｂ）との前記接合面に第２凹部（３３ａ）が形成されていることにより前記ダイヤフラム（３４ａ）が形成され、前記被接合部材（３１ｂ）には前記半導体チップ（３１ａ）との接合面と反対側の面に第１凹部（３２ｂ）が形成されていると共に前記半導体チップ（３１ａ）との前記接合面に第２凹部（３３ｂ）が形成されていることにより前記ダイヤフラム（３４ｂ）が形成されており、
   前記圧力基準室（３５）は前記半導体チップ（３１ａ）および前記被接合部材（３１ｂ）に形成された前記第２凹部（３３ａ、３３ｂ）により構成され、
   前記半導体チップ（３１ａ）と前記被接合部材（３１ｂ）との接合面を前記境界面とし、前記半導体チップ（３１ａ）および前記被接合部材（３１ｂ）は該境界面に対して対称な外型形状とされていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記半導体チップ（３１ａ）と前記被接合部材（３１ｂ）とが中間部材（３１ｃ）を介して接合され、これら前記半導体チップ（３１ａ）、前記被接合部材（３１ｂ）および前記中間部材（３１ｃ）にて前記センサ部（３０）が構成されており、
   前記中間部材（３１ｃ）には、前記半導体チップ（３１ａ）側の面に第３凹部（４２ａ）が形成されていると共に前記被接合部材（３１ｂ）側の面に第４凹部（４２ｂ）が形成されており、
   前記圧力基準室（３５）は前記半導体チップ（３１ａ）と前記第３凹部（４２ａ）との間および前記被接合部材（３１ｂ）と前記第４凹部（４２ｂ）との間に形成されており、
   前記被接合部材（３１ｂ）に形成された前記ダイヤフラム（３４ｂ）にはゲージ抵抗（３６ｂ）が備えられ、
   前記中間部材（３１ｃ）の中心面を前記境界面とし、前記半導体チップ（３１ａ）、前記被接合部材（３１ｂ）および前記中間部材（３１ｃ）が該境界面に対して対称な外型形状とされていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
4. 前記半導体チップ（３１ａ）および前記被接合部材（３１ｂ）は、前記センサ部（３０）の中心点に対して対称な外型形状とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
5. 前記半導体チップ（３１ａ）、前記被接合部材（３１ｂ）、および前記中間部材（３１ｃ）は、前記センサ部（３０）の中心点に対して対称な外型形状とされていることを特徴とする請求項３に記載の圧力センサ。
6. 前記被接合部材（３１ｂ）に形成された前記ダイヤフラム（３４ｂ）にはゲージ抵抗（３６ｂ）が備えられており、前記半導体チップ（３１ａ）に備えられた前記ゲージ抵抗（３６ａ）と前記被接合部材（３１ｂ）に備えられた前記ゲージ抵抗（３６ｂ）とが前記境界面に対して対称な形状とされていることを特徴とする請求項１、２または４に記載の圧力センサ。
7. 前記半導体チップ（３１ａ）に備えられた前記ゲージ抵抗（３６ａ）と前記被接合部材（３１ｂ）に備えられた前記ゲージ抵抗（３６ｂ）とが前記境界面に対して対称な形状とされていることを特徴とする請求項３または５に記載の圧力センサ。
8. 前記半導体チップ（３１ａ）に備えられた前記ゲージ抵抗（３６ａ）は前記ダイヤフラム（３４ａ）のうち前記被接合部材（３１ｂ）側に備えられ、前記半導体チップ（３１ａ）のうち前記被接合部材（３１ｂ）側には前記ゲージ抵抗（３６ａ）と電気的に接続される配線（３８ａ）が備えられており、前記ゲージ抵抗（３６ａ）および前記配線（３８ａ）が前記圧力基準室（３５）に備えられていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の圧力センサ。
9. 前記被接合部材（３１ｂ）に備えられた前記ゲージ抵抗（３６ｂ）は前記ダイヤフラム（３４ｂ）のうち前記半導体チップ（３１ａ）側に備えられ、前記被接合部材（３１ｂ）のうち前記半導体チップ（３１ａ）側には前記ゲージ抵抗（３６ｂ）と電気的に接続される配線（３８ｂ）が備えられており、前記ゲージ抵抗（３６ｂ）および前記配線（３８ｂ）が前記圧力基準室（３５）に備えられていることを特徴とする請求項３、５ないし７のいずれか１つに記載の圧力センサ。
10. 前記半導体チップ（３１ａ）および前記被接合部材（３１ｂ）は同じ材料を用いて構成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の圧力センサ。
    

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