JP2014106152A - Semiconductor pressure sensor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor pressure sensor that can measure pressure in the outside of a cap using a pressure sensitive element arranged in the cap without forming a through hole in the cap.SOLUTION: A semiconductor pressure sensor 1 comprises: a pressure sensitive element 10 detecting an ambient pressure; a substrate 20 on which the pressure sensitive element 10 is mounted and in which a notch 21 is formed; and a cap 30 covering the pressure sensitive element 10 on the substrate 20. The semiconductor pressure sensor 1 is further provided with, between the substrate 20 and the cap 30, a junction 41 bonding one part of the edge of the cap 30 and the substrate 20, and a non-junction 42 bringing the other part of the edge of the cap 30 and the substrate 20 into a non-bonding state. The notch 21 is opposed to the edge of the cap 30 on the non-junction 42.

Description

この発明は、感圧素子がキャップで被覆された半導体圧力センサに関する。   The present invention relates to a semiconductor pressure sensor in which a pressure sensitive element is covered with a cap.

従来の半導体圧力センサには、周囲の圧力を検知する感圧素子などをキャップにより被覆して、これらを保護しているものがある（例えば、特許文献１参照。）。   Among conventional semiconductor pressure sensors, there is one in which a pressure-sensitive element that detects ambient pressure is covered with a cap to protect them (for example, see Patent Document 1).

図５（Ａ）は、特許文献１に示されているのと同様の構成である、従来の半導体圧力センサの上面図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示した従来の半導体圧力センサのＡ−Ａ断面図である。図５（Ｃ）は、キャップを取り付ける前の従来の半導体圧力センサの上面図である。なお、説明を簡略化するために、図５には感圧素子を備え、出力調整チップを備えていない半導体圧力センサを示している。   FIG. 5A is a top view of a conventional semiconductor pressure sensor having the same configuration as that shown in Patent Document 1. FIG. FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line AA of the conventional semiconductor pressure sensor shown in FIG. FIG. 5C is a top view of a conventional semiconductor pressure sensor before the cap is attached. In order to simplify the explanation, FIG. 5 shows a semiconductor pressure sensor that includes a pressure-sensitive element and does not include an output adjustment chip.

図５（Ｂ）に示すように、半導体圧力センサ５０１は、周囲の圧力を検出する感圧素子５１０、この感圧素子５１０が搭載された基板５２０、感圧素子５１０を被覆するキャップ５３０を備えている。図５（Ａ），図５（Ｂ）に示すように、キャップ５３０には、その上面に貫通孔（導圧孔）５３１が形成されている。キャップ５３０は、接着樹脂５４０により基板５２０に接着されている。図５（Ｃ）に示すように、接着樹脂５４０は、基板５２０の外周に沿って全周にわたり塗布されており、キャップ５３０の端縁の全周が基板５２０に接着されている。   As shown in FIG. 5B, the semiconductor pressure sensor 501 includes a pressure-sensitive element 510 that detects ambient pressure, a substrate 520 on which the pressure-sensitive element 510 is mounted, and a cap 530 that covers the pressure-sensitive element 510. ing. As shown in FIGS. 5A and 5B, the cap 530 has a through-hole (pressure guide hole) 531 formed on the upper surface thereof. The cap 530 is bonded to the substrate 520 with an adhesive resin 540. As shown in FIG. 5C, the adhesive resin 540 is applied over the entire periphery along the outer periphery of the substrate 520, and the entire periphery of the edge of the cap 530 is bonded to the substrate 520.

半導体圧力センサ５０１の周囲の圧力（キャップの外部の気圧）は、貫通孔５３１を介して、キャップ５３０内部の感圧素子５１０に伝わる。感圧素子５１０のダイヤフラム５１１は、圧力に応じて歪み、ピエゾ抵抗素子（不図示）の抵抗値が圧力に応じて変化する。   The pressure around the semiconductor pressure sensor 501 (atmospheric pressure outside the cap) is transmitted to the pressure sensitive element 510 inside the cap 530 through the through hole 531. The diaphragm 511 of the pressure-sensitive element 510 is distorted according to the pressure, and the resistance value of the piezoresistive element (not shown) changes according to the pressure.

特開平８−１９３９００号公報JP-A-8-193900

しかしながら、従来の半導体圧力センサにおいて、キャップに貫通孔を設けるためには穴開け加工が必要であり、製造コストが上昇するという問題が生じる。また、キャップに貫通孔を設けると、キャップの強度が低下するという問題が生じる。さらに、図３（Ａ），図３（Ｂ）に示したようにキャップ５３０の上面に貫通孔５３１を設けると、キャップ５３０の取り付け時にこの貫通孔５３１の存在によりピックアップノズルの形状によっては、キャップ５３０を吸着できないことがある。そのため、ピックアップノズルの先端形状が限定されるという問題があった。   However, in the conventional semiconductor pressure sensor, in order to provide a through-hole in the cap, a drilling process is required, which raises a problem that the manufacturing cost increases. Further, when the through hole is provided in the cap, there arises a problem that the strength of the cap is lowered. Further, if a through hole 531 is provided on the upper surface of the cap 530 as shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B), depending on the shape of the pickup nozzle due to the presence of the through hole 531 when the cap 530 is attached, the cap 530 may not be adsorbed. For this reason, there is a problem that the tip shape of the pickup nozzle is limited.

そこで、この発明は、キャップに貫通孔を設けることなく、キャップの内部に配置した感圧素子により、キャップの外部の圧力を測定できる半導体圧力センサを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor pressure sensor that can measure the pressure outside the cap with a pressure-sensitive element arranged inside the cap without providing a through hole in the cap.

この発明の半導体圧力センサは、上記課題を解決し、その目的を達するために、以下のように構成している。   The semiconductor pressure sensor of the present invention is configured as follows in order to solve the above-described problems and achieve the object.

半導体圧力センサは、感圧素子と、基板と、キャップと、を備えている。感圧素子は、周囲の圧力を検出する。基板は、切り欠きが形成され、感圧素子が搭載されている。キャップは、基板上において感圧素子を被覆する。また、基板とキャップとの間には、キャップの端縁の一部を基板に接合する接合部と、キャップの端縁における他の一部と基板とを非接合状態にする非接合部と、が設けられている。切り欠きは、非接合部においてキャップの端縁と対向する。   The semiconductor pressure sensor includes a pressure sensitive element, a substrate, and a cap. The pressure sensitive element detects the ambient pressure. The substrate is provided with a notch and a pressure sensitive element. The cap covers the pressure sensitive element on the substrate. Further, between the substrate and the cap, a bonding portion that bonds a part of the edge of the cap to the substrate, a non-bonding portion that unbonds the substrate to the other part of the edge of the cap, and Is provided. The notch faces the edge of the cap at the non-joined portion.

この構成においては、基板に設けた切り欠きは、キャップの内外を連通する透孔として機能する。そのため、キャップの外部の圧力が切り欠きを介してキャップの内部に伝わるので、キャップに貫通孔を設けることなく、キャップの内部に配置した感圧素子により、キャップの外部の圧力を測定できる。また、キャップに貫通孔を設けていないので、ピックアップノズルの先端形状にかかわらず、キャップを吸着できる。   In this configuration, the notch provided in the substrate functions as a through hole that communicates the inside and outside of the cap. Therefore, since the pressure outside the cap is transmitted to the inside of the cap through the notch, the pressure outside the cap can be measured by the pressure-sensitive element arranged inside the cap without providing a through hole in the cap. In addition, since the cap is not provided with a through hole, the cap can be adsorbed regardless of the tip shape of the pickup nozzle.

上記発明において、切り欠きが複数形成されていてもよい。切り欠きを複数設けることで、基板とキャップの間に複数の透孔を形成することになる。これにより、キャップの外部と内部の間において気体または液体の流体抵抗を小さくすることができ、キャップ外部の圧力の変動に応じて、キャップ内部の圧力が瞬時に変化する。したがって、半導体圧力センサの応答性を高めることができる。   In the above invention, a plurality of notches may be formed. By providing a plurality of notches, a plurality of through holes are formed between the substrate and the cap. Thereby, the fluid resistance of the gas or liquid can be reduced between the outside and the inside of the cap, and the pressure inside the cap instantaneously changes according to the fluctuation of the pressure outside the cap. Therefore, the responsiveness of the semiconductor pressure sensor can be improved.

この発明によれば、キャップに貫通孔を設けることなく、キャップの内部に配置した感圧素子により、キャップの外部の圧力を測定できる。   According to the present invention, the pressure outside the cap can be measured by the pressure sensitive element disposed inside the cap without providing a through hole in the cap.

図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係る半導体圧力センサの上面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示した半導体圧力センサのＢ−Ｂ断面図である。図１（Ｃ）は、キャップを取り付ける前の半導体圧力センサの上面図である。FIG. 1A is a top view of the semiconductor pressure sensor according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line BB of the semiconductor pressure sensor shown in FIG. FIG. 1C is a top view of the semiconductor pressure sensor before the cap is attached. 図２（Ａ）は、本発明の第２実施形態に係る半導体圧力センサの上面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示した半導体圧力センサのＣ−Ｃ断面図である。図２（Ｃ）は、キャップを取り付ける前の半導体圧力センサの上面図である。FIG. 2A is a top view of a semiconductor pressure sensor according to the second embodiment of the present invention. 2B is a cross-sectional view taken along the line CC of the semiconductor pressure sensor shown in FIG. FIG. 2C is a top view of the semiconductor pressure sensor before the cap is attached. 図３（Ａ）は、従来の半導体圧力センサの上面図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示した従来の半導体圧力センサのＡ−Ａ断面図である。図３（Ｃ）は、キャップを取り付ける前の従来の半導体圧力センサの上面図である。FIG. 3A is a top view of a conventional semiconductor pressure sensor. FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line AA of the conventional semiconductor pressure sensor shown in FIG. FIG. 3C is a top view of a conventional semiconductor pressure sensor before the cap is attached.

以下、本発明の実施形態に係る半導体圧力センサについて説明する。半導体圧力センサは、切り欠きが形成されて感圧素子が取り付けられた基板と、感圧素子を被覆し基板に接合されたキャップと、を備えている。切り欠きは、キャップの端縁に対向するように形成されており、キャップの内外を連通する透孔として機能する。これにより、キャップに孔を設けることなく、キャップの内部に配置した感圧素子により、キャップの外部の圧力を測定できる。   Hereinafter, a semiconductor pressure sensor according to an embodiment of the present invention will be described. The semiconductor pressure sensor includes a substrate on which a pressure sensitive element is attached with a notch formed thereon, and a cap that covers the pressure sensitive element and is joined to the substrate. The notch is formed so as to face the end edge of the cap, and functions as a through hole that communicates the inside and outside of the cap. Thereby, the pressure outside the cap can be measured by the pressure-sensitive element arranged inside the cap without providing a hole in the cap.

図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係る半導体圧力センサの上面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示した半導体圧力センサのＢ−Ｂ断面図である。図１（Ｃ）は、キャップを取り付ける前の半導体圧力センサの上面図である。   FIG. 1A is a top view of the semiconductor pressure sensor according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line BB of the semiconductor pressure sensor shown in FIG. FIG. 1C is a top view of the semiconductor pressure sensor before the cap is attached.

図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すように、本発明の第１実施形態に係る半導体圧力センサ１は、周囲の圧力を検出する感圧素子１０、感圧素子１０が搭載された基板２０、基板２０上において感圧素子１０を被覆するキャップ３０を備えている。   As shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B), the semiconductor pressure sensor 1 according to the first embodiment of the present invention is mounted with a pressure sensitive element 10 and a pressure sensitive element 10 for detecting ambient pressure. A substrate 20 and a cap 30 that covers the pressure sensitive element 10 on the substrate 20 are provided.

感圧素子１０は、接着材である接合樹脂により基板２０の中心部に接着されている。感圧素子１０のダイヤフラム１１は、圧力に応じて歪み、ピエゾ抵抗素子（不図示）の抵抗値が圧力に応じて変化する。基板２０に設けられた複数の電極は、感圧素子１０に設けられた複数の電極とワイヤによりそれぞれ接続されている。図１（Ａ）に示すように、キャップ３０には、図３に示した半導体圧力センサ５０１とは異なり、貫通孔が形成されていない。   The pressure sensitive element 10 is bonded to the central portion of the substrate 20 with a bonding resin that is an adhesive. The diaphragm 11 of the pressure sensitive element 10 is distorted according to the pressure, and the resistance value of the piezoresistive element (not shown) changes according to the pressure. The plurality of electrodes provided on the substrate 20 are connected to the plurality of electrodes provided on the pressure-sensitive element 10 by wires. As shown in FIG. 1A, unlike the semiconductor pressure sensor 501 shown in FIG. 3, the cap 30 has no through hole.

基板２０には、同図における基板２０の中央下部において、基板２０の端面２０Ａから感圧素子１０の取り付け位置の直前までの間に、感圧素子１０よりも幅の狭い１つの切り欠き２１が、端面２０Ａに対して垂直に形成されている。   The substrate 20 has one notch 21 narrower than the pressure-sensitive element 10 in the lower center portion of the substrate 20 in the same figure, between the end face 20A of the substrate 20 and immediately before the mounting position of the pressure-sensitive element 10. , Formed perpendicular to the end face 20A.

基板２０とキャップ３０との間には、接合部４１と非接合部４２が設けられている。   Between the board | substrate 20 and the cap 30, the junction part 41 and the non-joining part 42 are provided.

図１（Ｃ）に示すように、基板２０には、その外周に沿って、接合樹脂４０が一部を除きほぼ全周にわたり、所定の厚みとなるように帯状に塗布されている。接合樹脂４０は、キャップ３０の端縁と基板２０とを接合する接着材である。この基板２０とキャップ３０との間において、接合樹脂４０が塗布された部分を接合部４１と称する。図１（Ｂ）、図１（Ｃ）に示すように、キャップ３０の端縁は、接合部４２において、基板２０にほぼ当接している。   As shown in FIG. 1C, a bonding resin 40 is applied to the substrate 20 in a strip shape along the outer periphery so as to have a predetermined thickness over almost the entire periphery. The bonding resin 40 is an adhesive that bonds the edge of the cap 30 and the substrate 20. A portion where the bonding resin 40 is applied between the substrate 20 and the cap 30 is referred to as a bonding portion 41. As shown in FIGS. 1B and 1C, the end edge of the cap 30 is substantially in contact with the substrate 20 at the joint portion 42.

図１（Ｃ）に示すように、切り欠き２１の周囲には、接合樹脂４０が塗布されていない。そのため、感圧素子１０を被覆するようにキャップ３０を基板２０に取り付けたときに、キャップ３０の端縁の他の一部、すなわち、キャップ３０の端縁が切り欠き２１と対向する部分は、基板２０に接着されておらず非接合状態である。この部分が非接合部４２である。   As shown in FIG. 1C, the bonding resin 40 is not applied around the notch 21. Therefore, when the cap 30 is attached to the substrate 20 so as to cover the pressure sensitive element 10, the other part of the edge of the cap 30, that is, the part where the edge of the cap 30 faces the notch 21 is It is not bonded to the substrate 20 and is in a non-bonded state. This part is the non-joining part 42.

非接合部４２は、上記のようにキャップ３０の端縁が基板２０に接着されておらず、切り欠き２１が接着材により封止されないので、キャップ３０の内外を連通する透孔として機能する。これにより、半導体圧力センサ１は、キャップ３０に貫通孔を設けなくても、切り欠き２１を介してキャップ３０の内部の感圧素子１０によりキャップ３０の外部の圧力（例えば周囲の媒質が空気のときには気圧）を測定できる。また、キャップ３０に貫通孔を設けていないので、キャップ３０の取り付け時にピックアップノズルの先端形状にかかわらず、キャップ３０を確実に吸着できる。   Since the edge of the cap 30 is not bonded to the substrate 20 and the notch 21 is not sealed with an adhesive as described above, the non-joining portion 42 functions as a through hole that communicates the inside and outside of the cap 30. As a result, the semiconductor pressure sensor 1 can be configured so that the pressure outside the cap 30 (e.g., the surrounding medium is made of air) by the pressure-sensitive element 10 inside the cap 30 through the notch 21 without providing a through hole in the cap 30. Sometimes pressure). In addition, since the cap 30 is not provided with a through hole, the cap 30 can be reliably adsorbed when the cap 30 is attached regardless of the tip shape of the pickup nozzle.

半導体圧力センサは、切り欠きを複数備えていてもよい。図２（Ａ）は、本発明の第２実施形態に係る半導体圧力センサの上面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示した半導体圧力センサのＣ−Ｃ断面図である。図２（Ｃ）は、キャップを取り付ける前の半導体圧力センサの上面図である。以下の説明では、半導体圧力センサ１との相違点について主に説明する。   The semiconductor pressure sensor may include a plurality of notches. FIG. 2A is a top view of a semiconductor pressure sensor according to the second embodiment of the present invention. 2B is a cross-sectional view taken along the line CC of the semiconductor pressure sensor shown in FIG. FIG. 2C is a top view of the semiconductor pressure sensor before the cap is attached. In the following description, differences from the semiconductor pressure sensor 1 will be mainly described.

図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示すように、本発明の第２実施形態に係る半導体圧力センサ２は、基板２０に切り欠きが２つ形成されている。すなわち、基板２０の中央下部において、基板２０の端面２０Ａから感圧素子１０の取り付け位置の直前までの間に、感圧素子１０よりも幅の狭い１つの切り欠き２１が、端面２０Ａに対して垂直に形成されている。また、基板２０の中央上部において、基板２０の端面２０Ａに対向する端面２０Ｂから感圧素子１０の取り付け位置の直前までの間に、感圧素子１０よりも幅の狭い１つの切り欠き２２が、端面２０Ｂに対して垂直に形成されている。   As shown in FIGS. 2A to 2C, the semiconductor pressure sensor 2 according to the second embodiment of the present invention has two notches formed in the substrate 20. That is, at the center lower part of the substrate 20, one notch 21 narrower than the pressure sensitive element 10 is formed with respect to the end surface 20 </ b> A between the end face 20 </ b> A of the substrate 20 and immediately before the attachment position of the pressure sensitive element 10. It is formed vertically. Further, in the upper center portion of the substrate 20, one notch 22 narrower than the pressure sensitive element 10 is provided between the end face 20 </ b> B facing the end face 20 </ b> A of the substrate 20 and immediately before the position where the pressure sensitive element 10 is attached. It is formed perpendicular to the end face 20B.

図２（Ｃ）に示すように、基板２０には、その外周に沿って、接合樹脂４０が一部を除きほぼ全周にわたり、所定の厚みとなるように帯状に塗布され、キャップ３０の端縁と基板２０とが接合されている。この部分が接合部４１である。また、切り欠き２１と切り欠き２２の周囲には、接合樹脂４０が塗布されてキャップ３０の端縁が切り欠き２１、２２と対向する部分は、基板２０に接着されておらず非接合状態である。この部分が非接合部４２である。   As shown in FIG. 2C, the bonding resin 40 is applied to the substrate 20 in a strip shape along the outer periphery so as to have a predetermined thickness over almost the entire periphery. The edge and the substrate 20 are joined. This portion is the joint portion 41. Further, a bonding resin 40 is applied around the notches 21 and 22, and the portions of the cap 30 whose edges are opposed to the notches 21 and 22 are not bonded to the substrate 20 and are not bonded. is there. This part is the non-joining part 42.

このように、切り欠きを複数設けることで、基板２０とキャップ３０の間に複数の透孔を形成することになる。これにより、キャップ３０の外部と内部の間において気体または液体の流体抵抗を小さくすることができ、キャップ外部の圧力の変動に応じて、キャップ内部の圧力が瞬時に変化する。したがって、半導体圧力センサ１の応答性を高めることができる。   Thus, by providing a plurality of notches, a plurality of through holes are formed between the substrate 20 and the cap 30. Thereby, the fluid resistance of the gas or liquid can be reduced between the outside and the inside of the cap 30, and the pressure inside the cap changes instantaneously according to the fluctuation of the pressure outside the cap. Therefore, the responsiveness of the semiconductor pressure sensor 1 can be improved.

なお、図２には、切り欠きが２つ形成された例を示したが、さらに複数の切り欠きを備えていてもよい。例えば、基板２０の各端面に切り欠きを形成して、切り欠きを４つ備えるようにすることができる。   Although FIG. 2 shows an example in which two notches are formed, a plurality of notches may be provided. For example, a notch can be formed on each end face of the substrate 20 to provide four notches.

以上のように、基板に切り欠きを形成して、感圧素子を被覆するキャップの端縁を、接着材で接合しない非接合部とすることで、切り欠きが透孔として機能する。したがって、半導体圧力センサでは、キャップに貫通孔を設けなくても、非接合部を介してキャップの内部の感圧素子によりキャップの外部の圧力を測定できる。   As described above, the notch functions as a through-hole by forming a notch in the substrate and making the edge of the cap covering the pressure-sensitive element a non-joined part that is not joined by an adhesive. Therefore, in the semiconductor pressure sensor, the pressure outside the cap can be measured by the pressure-sensitive element inside the cap via the non-joining portion without providing a through hole in the cap.

１，２，５０１…半導体圧力センサ
１０，５１０…感圧素子
１１，５１１…ダイヤフラム
２０，５２０…基板
２０Ａ，２０Ｂ…端面
２１，２２…切り欠き
３０，５３０…キャップ
４０，５４０…接合樹脂
４１…接合部
４２…非接合部
４３…空隙
５３１…貫通孔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,2,501 ... Semiconductor pressure sensor 10,510 ... Pressure sensitive element 11,511 ... Diaphragm 20,520 ... Substrate 20A, 20B ... End face 21,22 ... Notch 30, 530 ... Cap 40, 540 ... Bonding resin 41 ... Joining part 42 ... Non-joining part 43 ... Air gap 531 ... Through hole

Claims (2)

周囲の圧力を検出する感圧素子と、
前記感圧素子が搭載され、切り欠きが形成された基板と、
前記基板上において前記感圧素子を被覆するキャップと、
を備え、
前記基板と前記キャップとの間に、
前記キャップの端縁の一部を前記基板に接合する接合部と、
前記キャップの端縁の他の一部と前記基板とを非接合状態にする非接合部と、
が設けられ、
前記切り欠きは、前記非接合部において前記キャップの端縁と対向する、半導体圧力センサ。 A pressure-sensitive element for detecting ambient pressure;
A substrate on which the pressure-sensitive element is mounted and a notch is formed;
A cap covering the pressure sensitive element on the substrate;
With
Between the substrate and the cap,
A bonding portion for bonding a part of an edge of the cap to the substrate;
A non-joining portion that unbonds the other part of the edge of the cap and the substrate;
Is provided,
The notch is a semiconductor pressure sensor that faces an edge of the cap at the non-joining portion. 前記切り欠きが複数形成された、請求項１に記載の半導体圧力センサ。   The semiconductor pressure sensor according to claim 1, wherein a plurality of the notches are formed.
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