JP2010281569A - 圧力センサ用パッケージ - Google Patents
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Abstract
【課題】洗浄性がよく、高信頼性が得られる圧力センサ用パッケージを得る。
【解決手段】ダイアフラム２１の周辺に複数のパッド２４が設けられた半導体圧力センサチップ１を収容し、封止プレート１１７により半導体圧力センサチップ１に圧力導入空間を形成するパッケージであって、このパッケージは、半導体圧力センサチップ１のパッド２４とワイヤボンディングされる複数のパッド１１３ｂと、前記圧力導入空間において半導体圧力センサチップ１を挟んで対向するパッケージの側壁に設けられた少なくとも一対の圧力導入口１２５を備え、この圧力導入口１２５を、前記封止プレート１１７寄りに、前記パッド２４及びワイヤボンディング１２１を封止する樹脂１２３の間隔Ｗ２以上の幅で形成した。
【選択図】図３
【解決手段】ダイアフラム２１の周辺に複数のパッド２４が設けられた半導体圧力センサチップ１を収容し、封止プレート１１７により半導体圧力センサチップ１に圧力導入空間を形成するパッケージであって、このパッケージは、半導体圧力センサチップ１のパッド２４とワイヤボンディングされる複数のパッド１１３ｂと、前記圧力導入空間において半導体圧力センサチップ１を挟んで対向するパッケージの側壁に設けられた少なくとも一対の圧力導入口１２５を備え、この圧力導入口１２５を、前記封止プレート１１７寄りに、前記パッド２４及びワイヤボンディング１２１を封止する樹脂１２３の間隔Ｗ２以上の幅で形成した。
【選択図】図３
Description
本発明は、気圧等の圧力を測定する、例えばダイアフラム型の半導体圧力センサチップをパッケージングする圧力センサ用パッケージに関する。
従来、自動車のタイヤ空気圧などを測定する、ダイアフラム型の半導体圧力センサチップが知られている。この半導圧力センサチップは、圧力センサ用パッケージにパッケージングされた状態で最終製品となる（特許文献１、２）。
従来の圧力センサ用パッケージは、パッケージングした半導体圧力センサチップ２０１に外気を流通させるために、パッケージ２０３に２個の通気孔２０５が設けられている。
特開平７-０５５６１４号公報
特開平８-０７５５１７号公報
しかし従来の圧力センサ用パッケージ２０３の通気孔２０５は、パッケージ２０３の上面に設けられた、小径の円形孔なので、流路は狭く、液が溜まり易い構造となっていた。そのため、後工程の洗浄において、これらの通気孔より入り込んだ洗浄液が十分にリンス・乾燥されずに残り、製品信頼性の低下を引き起こすおそれがあった。
かかる従来技術の問題に鑑みて本発明は、洗浄性がよく、高信頼性が得られる圧力センサ用パッケージを得ることを目的とする。
かかる目的を達成する本発明は、感圧部の周辺に複数のパッドが設けられた圧力センサを収容し、封止プレートにより前記圧力センサ上に圧力導入空間を形成するパッケージであって、前記パッケージは、前記圧力センサのパッドとワイヤボンディングされる複数のパッドと、前記圧力導入空間において前記圧力センサを挟んで対向するパッケージの側壁に設けられた少なくとも一対の圧力導入口を備え、前記圧力導入口は、前記封止プレート寄りに、前記パッド及びワイヤボンディングを封止する樹脂の間隔以上の幅で形成されていることに特徴を有する。
前記圧力導入口は、前記側壁の幅方向に長い形状とすることが好ましい。
前記圧力導入口の高さは、0.05〜0.3mmに設定されることが好ましい。
前記圧力導入口の高さは、0.05〜0.3mmに設定されることが好ましい。
本発明の圧力センサ用パッケージは、セラミック積層プレートで構成し、このセラミック積層プレートは、ベースプレートと、中央に圧力センサを収容する収容空間を有し、圧力センサの高さと略同一の高さの中間プレートと、この中間プレートの収容空間上に圧力導入空間を形成する側壁となる上部プレートと、この上部プレートの上面に接合される封止プレートとを有し、前記上部プレートに、前記封止プレートとで前記圧力導入口を形成する凹部を形成することができる。
より実際的には、前記圧力センサは矩形の上面の略中央にダイアフラムを有し、このダイアフラムの周辺であって、矩形の角部近傍にパッドを有するダイアフラム型半導体圧力センサであって、前記中間プレートには前記収容された圧力センサの上面と略同一の高さの段部及びこの段部にパッドを有し、前記圧力センサの上面に設けられたパッドが前記中間プレートの段部のパッドにワイヤボンディングされ、このワイヤボンディング及び前記パッドが前記圧力センサと収容空間との間に充填されたポッティング樹脂に埋め込まれる。
以上の構成からなる本発明によれば、半導体圧力センサチップを収容したパッケージングの内部空間を規制する対向側壁に圧力導入口を設け、その幅を前記圧力センサのパッドとパッケージのパッドとを導通するワイヤボンディングを封止する樹脂の間隔以上の幅の大開口としたので、後工程等で洗浄液に浸したときに洗浄液の流入及び排出効率が高く、パッケージング内部に侵入した洗浄液が内部に残ることなく乾燥させることが可能になり、高信頼性が得られる。
本発明の最良の実施形態について、添付図を参照して説明する。図１はダイアフラム型の半導体圧力センサチップにかかる本発明の実施形態の要部を示す断面図である。
この半導体圧力センサチップ１は、ピエゾ素子（感応抵抗素子）２２、配線２３及びパッド２４が形成されたＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板１０と、ＳＯＩ基板１０の下面に接合された、ガラス基板又はＳi基板からなるベース基板３１により構成されている。このＳＯＩ基板１０は、第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１３とが、酸化膜であるシリコン酸化膜（Ｓｉ０2）１２を介して貼り合わされている。第１シリコン基板１１の回路面（上側面）には熱酸化膜であるシリコン酸化膜１４が形成されていて、このシリコン酸化膜１４の下に、ブリッジ回路を形成するようにピエゾ素子２２及び配線２３が形成され、周辺に、定電圧入力端子及びグランド端子、並びにブリッジ回路の中点電圧出力端子となるように４個のパッド２４が形成されている。さらにピエゾ素子２２、配線２３及びシリコン酸化膜１４の上に、これらを絶縁保護する、ポリイミド等によるパッシベーション膜１５が形成されている。なお、各パッド２４は、パッシベーション膜１５から露出している。
ＳＯＩ基板１０には、第２シリコン基板１３にその表面側からキャビティー（凹部）２０が形成され、このキャビティー２０の上面を構成するシリコン酸化膜１２ａ、第１シリコン基板１１、シリコン酸化膜１４及びパッシベーション膜１５によって、感圧部としてのダイアフラム２１が形成されている。このダイアフラム２１は、通常、平面視矩形に形成される。ピエゾ素子２２は、ダイアフラム２１の矩形輪郭の各辺にかかる位置に形成されている。
ＳＯＩ基板１０の第２シリコン基板１３の表面（下面）にベース基板３１が接合され、ダイアフラム２１とベース基板３１との間のキャビティー２０が密閉され、キャビティー２０内は、真空とされる。
以上の構成からなる半導体圧力センサチップ１は、通常ウエハ状態で形成されるので、ウエハから各半導体圧力センサチップ１にダイシングされる。
この半導体圧力センサチップ１は、ダイアフラム２１が外面に付加される圧力に応じて歪むと、その歪みに応じてピエゾ素子２２の抵抗値が変化する。このピエゾ素子２２によって形成されたブリッジ回路の中点電位が、センサ出力として公知の測定装置に出力される。なお、この測定装置の少なくとも一部の回路をＳＯＩ基板１０の回路面に形成してもよい。
この半導体圧力センサチップ１は、圧力センサパッケージ１１０に収納される。図２は、圧力センサパッケージ１１０に半導体圧力センサチップ１を収納し、封止プレート１１７を装着する前の状態の平面図及び断面図、図３は同封止プレート１１７を装着した後の状態を示した。
圧力センサパッケージ１１０は、ベースプレート１１１と、ベースプレート１１１上に接合された、半導体圧力センサチップ１を収容する収容空間１１２ａ、１１３ａを備えた中間プレート１１２、１１３と、中間プレート１１３の上面に接合された、圧力導入空間１１４ａ、１１５ａを備え、圧力導入空間１１４ａ、１１５ａの側壁（内壁）となる上部プレート１１４、１１５と、上部プレート１１５の上面に接合される封止プレート（リッド）１１７を有する。これらのプレート１１１〜１１７は公知の材料、例えばセラミックで形成されている。圧力導入空間１１４ａ、１１５ａは収納空間１１２ａ、１１３ａよりも広く、中間プレート１１３の上面の一部は圧力導入空間１１４ａ、１１５ａ内に露出した段部を構成していて、この中間プレート１１３の段部に、半導体センサチップ１のパッド２４に対応する複数のワイヤボンディングパッド１１３ｂが形成されている。これらのワイヤボンディングパッド１１３ｂは、圧力センサパッケージ１１０外に露出し、又は露出する電極に接続されている。
半導体圧力センサチップ１は、中間プレート１１２、１１３の収容空間１１２ａ、１１３ａ内に収容され、半導体圧力センサチップ１のパッド２４と中間プレート１１３のワイヤボンディングパッド１１３ｂとがワイヤボンディング１２１により接続される。さらに半導体圧力センサチップ１の周囲の収容空間１１２ａ、１１３ａ内には、ポッティング樹脂１２３が充填される。さらにポッティング樹脂１２３は、ワイヤボンディング１２１を包含するように充填される。
上層の上部プレート１１５には、一方の対向側壁に、凹部１１５ｂが形成されている。この凹部１１５ｂは、前記封止プレート１１７が上部プレート１１５に接合されると、封止プレート１１７、中間プレート１１３及び上部プレート１１５の枠部によって囲まれる、横長長方形の圧力導入口１２５を形成する。
ここで、圧力導入口１２５の幅をＷ１、ワイヤボンディング１２１を包含するポッティング樹脂１２３の間隔をＷ２とすると、Ｗ１＝＞Ｗ２となるように圧力導入口１２５の幅を設定する。
以上パッケージングされた半導体圧力センサモジュール１００は、洗浄液に浸されて、洗浄される。この半導体圧力センサモジュール１００を洗浄液に浸すと洗浄液が圧力導入口１２５から圧力導入空間１１４ａ、１１５ａ内に浸入するが、洗浄液から引き上げると、洗浄液は圧力導入空間１１４ａ、１１５ａから容易に抜ける。従って、洗浄液が圧力導入空間１１４ａ、１１５ａ内に残存するおそれがなく、残存した洗浄液による障害が発生することがない。
以上の洗浄工程を経て半導体圧力センサモジュール１００が完成する。この半導体圧力センサモジュール１００によれば、圧力導入口１２５から圧力導入空間１１４ａ、１１５ａ内に圧力が導入されると、この半導体圧力センサチップ１のダイアフラム２１が歪み（凹み）、このダイアフラム２１の歪みに応じてピエゾ素子２２の抵抗値が変化して、ブリッジ回路の中点電位が変化する。この中点電位が、配線基板２３、パッド２４、ワイヤボンディング１２１、パッド１１３ｂから出力され、この出力を外部の測定装置に入力し、所定の変換係数で変換することにより、圧力が測定される。
この実施形態では、パッケージ１１０の圧力導入空間１１４ａ、１１５ａの横幅は２．０mm、圧力導入口１２５の幅Ｗ１は１．６mmである。この圧力導入口１２５の幅Ｗ１は、ワイヤボンディング１２１を包含するポッティング樹脂１２３の間隔Ｗ２以上である。
さらに圧力導入口１２５の高さは、0.05〜0.3mmの範囲で設定することが好ましい。下限よりも小さいと洗浄液等の流れが悪くなり、上限よりも大きいと異物（コンタミ）等が入り易くなる。なお、圧力導入空間１１４ａ、１１５ａの高さは、圧力導入口１２５の高さ以上に設定されている。
本実施形態の圧力センサパッケージ１１０は、圧力導入口１２５を封止プレート１１７寄りに形成したので、ポッティング樹脂１２３が半導体センサチップ１の上面より盛り上がっても圧力導入口１２５が塞がれることがない。
さらに本実施形態では、圧力導入口１２５と封止プレート１１７との間は接合されないので、上部プレート１１５と封止プレート１１７とを接着剤によって接着しても、接着剤が圧力導入口１２５内にはみ出すことがないので、圧力導入口１２５が塞がれたり狭められたりするおそれがない。
なお、上部プレート１１５の他方の対向壁にも凹部を形成してさらに一対の圧力導入口を形成してもよい。 図示した圧力導入口１２５の正面形状は横長の長方形であるが、正面形状はこれに限定されず、横長の長円形状であってもよい。ただし、圧力導入口１２５の内周面は滑らかな平面、曲面とすることが好ましく、段差や屈曲部がないことが望ましい。
図示実施形態では中間プレート１１２、１１３及び上部プレート１１４、１１５をそれぞれ二層構造としたが、それぞれ一層構造で形成してもよく、各プレート１１１〜１１５を単一のプレート構造としてもよい。
１ 半導体圧力センサチップ
１０ ＳＯＩ基板
１１ 第１シリコン基板（他方の基板）
１２ シリコン酸化膜（酸化膜）
１３ 第２シリコン基板（一方の基板）
１５ パッシベーション膜
２１ ダイアフラム
２２ ピエゾ素子（感応抵抗素子）
２３ 配線
２４ パッド
３１ ベース基板
１００ 半導体圧力センサモジュール
１１０ 圧力センサパッケージ
１１２ １１３ 中間プレート
１１２ａ １１３ａ 収容空間
１１３ｂ パッド
１１４ １１５ 上部プレート
１１４ａ １１５ａ 圧力導入空間
１１５ｂ 凹部
１１７ 封止プレート
１２１ ワイヤボンディング
１２３ ポッティング樹脂
１２５ 圧力導入口
Ｗ１ 圧力導入口の幅
Ｗ２ ポッティング樹脂の間隔
１０ ＳＯＩ基板
１１ 第１シリコン基板（他方の基板）
１２ シリコン酸化膜（酸化膜）
１３ 第２シリコン基板（一方の基板）
１５ パッシベーション膜
２１ ダイアフラム
２２ ピエゾ素子（感応抵抗素子）
２３ 配線
２４ パッド
３１ ベース基板
１００ 半導体圧力センサモジュール
１１０ 圧力センサパッケージ
１１２ １１３ 中間プレート
１１２ａ １１３ａ 収容空間
１１３ｂ パッド
１１４ １１５ 上部プレート
１１４ａ １１５ａ 圧力導入空間
１１５ｂ 凹部
１１７ 封止プレート
１２１ ワイヤボンディング
１２３ ポッティング樹脂
１２５ 圧力導入口
Ｗ１ 圧力導入口の幅
Ｗ２ ポッティング樹脂の間隔
Claims (5)
- 感圧部の周辺に複数のパッドが設けられた圧力センサを収容し、封止プレートにより前記圧力センサ上に圧力導入空間を形成するパッケージであって、
このパッケージは、前記圧力センサのパッドとワイヤボンディングされる複数のパッドと、
前記圧力導入空間において前記圧力センサを挟んで対向するパッケージの側壁に設けられた少なくとも一対の圧力導入口を備え、
前記圧力導入口は、前記封止プレート寄りに、前記パッド及びワイヤボンディングを封止する樹脂の間隔以上の幅で形成されていることを特徴とする圧力センサ用パッケージ。 - 請求項１記載の圧力センサ用パッケージにおいて、前記圧力導入口は前記側壁の幅方向に長い形状である圧力センサ用パッケージ。
- 請求項１又は２記載の圧力センサ用パッケージにおいて、前記圧力導入口の高さは0.05〜0.3mmである圧力センサ用パッケージ。
- 請求項１乃至３のいずれか一項記載の圧力センサ用パッケージはセラミック積層プレートであって、このセラミック積層プレートは、ベースプレートと、中央に圧力センサを収容する収容空間を有し、圧力センサの高さと略同一の高さの中間プレートと、この中間プレートの収容空間上に圧力導入空間を形成する側壁となる上部プレートと、この上部プレートの上面に接合される封止プレートとを有し、前記上部プレートに、前記封止プレートとで前記圧力導入口を形成する凹部が形成されている圧力センサ用パッケージ。
- 請求項４記載の圧力センサ用パッケージにおいて、前記圧力センサは矩形の上面の略中央にダイアフラムを有し、このダイアフラムの周辺であって、矩形の角部近傍にパッドを有するダイアフラム型半導体圧力センサであって、前記中間プレートには前記収容された圧力センサの上面と略同一の高さの段部及びこの段部にパッドを有し、前記圧力センサの上面に設けられたパッドが前記中間プレートの段部のパッドにワイヤボンディングされ、このワイヤボンディング及び前記パッドが前記圧力センサと収容空間との間に充填されたポッティング樹脂に埋め込まれている圧力センサ用パッケージ。
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|---|---|---|---|
| JP2007247087A JP2010281569A (ja) | 2007-09-25 | 2007-09-25 | 圧力センサ用パッケージ |
| PCT/JP2008/067240 WO2009041464A1 (ja) | 2007-09-25 | 2008-09-25 | 圧力センサ用パッケージ |
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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