JP3131370B2 - 半導体圧力センサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、圧力を電気信号
に変換する半導体圧力センサ及びその製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体圧力センサ１として、例え
ば図１７に示すように、主にシリコン単結晶から成る感
圧チップ２をガラス台座３を介してシリコン板８０に接
合したものを本体部１０′と一体化された圧力導入用パ
イプ５に半田付けにより接合し、この本体部１０′のハ
ーメチックシール部に封止した信号出しピン９ａをワイ
ヤボンディング８１を介して感圧チップ２に接続したも
のをハウジング９０内に気密に収容したものが知られて
いる（例えば特開昭２−６９６３０号公報参照）。

【０００３】また従来の半導体圧力センサの製造方法と
して、図１８及び図１９に示す方法が知られている。図
１８（ａ）に示す半導体圧力センサ１′は、図１９に示
す工程に基づき製造される。先ず、予め、孔開け加工さ
れたガラスウエハと、ダイヤフラムが形成されたシリコ
ンウエハとを接合した接合体（ウエハ接合体）のダイシ
ングを行ってチップ４を得る。一方、ステム台座１８の
加工と信号出しピン９ａの加工とを行い、ステム台座１
８に信号出しピン９ａと圧力導入用パイプ５を封止及び
接合してステム接合体を得る。その後、このステム接合
体と上記チップ４とを接合した後に、ワイヤボンディン
グ（図示せず）によりチップ４と信号出しピン９ａとを
接続し、最後にハウジングに装着する。

【０００４】一方、図１８（ｂ）に示す半導体圧力セン
サ１″も同様、図１９に示す工程に基づき製造される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体圧力
センサは、測定する圧力やその環境によって、チップ６
がほぼ同一形状であるにもかかわらず、ステム台座１８
を含む本体部１０′はプラスチック製から金属製に至る
まで、その材料、形状が多岐にわたっている。このた
め、チップ４を本体部１０′に接合するには複数種類の
本体部用の治具が必要となり、そのうえ、各本体部１
０′に応じた接合方法（接着剤、半田付け等）が必要と
なる。しかも従来例ではいずれも圧力導入用パイプ５と
信号出しピン９ａとが本体部１０′と一体化されてお
り、この本体部１０′にチップ４を接合しているため
に、共通部品はチップ４だけとなり、接合方法や本体部
１０′の部品の共通化は困難であり、これが原因で製造
コストを下げることができなかった。さらに従来例で
は、チップ４と金属（圧力導入用パイプ５）との接合に
おいて、本体部１０′に起因する制約（例えば本体部１
０′にワイヤボンディング部分があれば接合温度が上げ
られず、また、本体部１０′の外観の変色が問題で酸化
雰囲気では接合不能になる）が発生するという問題もあ
った。

【０００６】本発明は、上記点に鑑みてなされたもの
で、チップと本体部との接合方法の共通化、及び本体部
の部品の共通化を図ることができ、コストダウンを可能
にした半導体圧力センサ及びその製造方法を提供するこ
とを課題とし、さらに、本体部の熱応力を緩和してクラ
ック発生を防止でき、本体部に対するチップ−圧力導入
用パイプ接合体の上下方向、回転方向の位置決めを容易
にでき、第２の接合部の接合時に第１の接合部による接
合温度などの制約を受けることがない半導体圧力センサ
及びその製造方法を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る半導体圧力センサは、外部から導入さ
れる流体の圧力を測定する感圧チップ２がガラス台座３
に接合されて成るチップ４と上記感圧チップ２に圧力を
導入するための圧力導入用パイプ５とが第１の接合部７
で予め接合されてチップ−圧力導入用パイプ接合体６が
構成され、このチップ−圧力導入用パイプ接合体６が感
圧チップ２の信号出し部９を備えた本体部１０に第２の
接合部８で接合され、上記本体部１０の表面に熱収縮防
止用の切り込み３０を設けて成ることを特徴としてい
る。このように構成することで、チップ４と圧力導入用
パイプ５とを予め接合したチップ−圧力導入用パイプ接
合体６を基本部品として本体部１０に接合でき、チップ
４と本体部１０との接合方法の共通化、及び本体部１０
の部品の共通化を図ることが容易となる。また、挿入に
よって設置されるタイプの半導体圧力センサであって
も、切り込み３０を利用して本体部１０の熱応力を緩和
でき、信号出し部９の封止部への熱的な悪影響を防止す
ることができる。

【０００８】

【０００９】上記本体部１０にチップ−圧力導入用パイ
プ接合体６のパイプ部分６ａが挿入される挿入筒部１５
を設け、挿入筒部１５の外面側に設置用のネジ込み部１
６を設けると共に、挿入筒部１５の内面側に該パイプ部
分６ａを接合前の挿入時に締め込むための小径部５０を
設け、小径部５０とパイプ部分６ａとの隙間を第２の接
合部８とするのが好ましく、この場合、第２の接合部８
を溶接により接合する際に、溶接部の隙間が小さくな
り、溶接不良を無くすことができる。

【００１０】上記チップ−圧力導入用パイプ接合体６の
パイプ部分６ａに接合前に本体部１０に位置決めされる
位置決め部１７を設けるのが好ましく、この場合、位置
決め部１７を利用して本体部１０に対するチップ−圧力
導入用パイプ接合体６の上下方向、回転方向の位置決め
が容易となる。また、本発明に係る半導体圧力センサの
製造方法は、外部から導入される流体の圧力を測定する
感圧チップ２とガラス台座３とを接合しチップ４を得、
このチップ４と上記感圧チップ２に圧力を導入するため
の圧力導入用パイプ５とを第１の接合部７で予め接合し
てチップ−圧力導入用パイプ接合体６を得、その後、感
圧チップ２の信号出し部９を備えた本体部１０と上記チ
ップ−圧力導入用パイプ接合体６とを第２の接合部８で
接合するにあたって、樹脂により一体成形することによ
り、本体部１０とチップ−圧力導入用パイプ接合体６と
を樹脂で一体化でき、製造コストを下げることができ
る。また、上記本体部１０とチップ−圧力導入用パイプ
接合体６とを第２の接合部８で溶接により接合すること
により、チップ４と離れた部分（第２の接合部８）を溶
融接合することとなり、第２の接合部８の熱応力がチッ
プ４部分に悪影響（チップ４の割れ、温度特性の悪化）
を及ぼさなくなる。 また、上記本体部１０に、予めチッ
プ−圧力導入用パイプ接合体６のパイプ部分６ａが挿入
される挿入筒部１５を形成すると共に、挿入筒部１５の
外面側に設置用のネジ込み部１６を形成し、挿入筒部１
５の先端内面側に設けたパイプ部分６ａを締め込むため
の小径部５０とパイプ部分パイプ部分６ａとの隙間を感
圧チップ２とは反対側からエネルギービームを照射する
ことによって加熱接合することを特徴としており、従っ
て、基本部品となるチップ−圧力導入用パイプ接合体６
を予め形成し、その後、このチップ−圧力導入用パイプ
接合体６と本体部１０との第２の接合部８を、第１の接
合部７による接合温度などの制約を受けることなく接合
することができる。また、ネジ込みによって設置される
タイプの半導体圧力センサであっても、第１の接合部７
による接合温度等の制約を受けることなく、第２の接合
部８の接合を局所加熱で行うことが可能となる。

【００１１】

【００１２】また、上記第１の接合部７を金属ろう材或
いは低融点ガラスと線膨張係数が近い接合材料を用いて
加熱接合するのが好ましく、金属ろう材の場合は耐食性
に優れたものとなり、低融点ガラスの場合は熱応力が小
さくなる。上記第１の接合部７を陽極接合により接合す
るのが好ましく、この場合、接合材料が不要となり、一
層のコストダウンが可能となる。

【００１３】

【００１４】上記本体部１０を樹脂成形により形成する
と同時に、樹脂内部に信号出し部９を組み込むのが好ま
しく、この場合、本体部１０と信号出し部９との一体化
が容易となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。半導体圧力センサは、挿入によって設置されるタ
イプの半導体圧力センサ１Ａ（図１（ｂ），図４
（ａ））と、ネジ込みによって設置されるタイプの半導
体圧力センサ１Ｂ（図４（ｂ））とがあり、本実施形態
の半導体圧力センサはいずれのタイプにも適用されるも
のであって、図４（ａ）の挿入タイプの半導体圧力セン
サ１Ａは、本体部１０が例えば樹脂から成り、この樹脂
内部に信号出し部９を構成する信号出しピン９ａが一体
に組み込まれている。一方、図４（ｂ）のネジ込みタイ
プの半導体圧力センサ１Ｂは、本体部１０が例えば金属
製であり、本体部１０の内部に基板１３を支持する基板
支持部１４が設けられると共に、本体部１０の下部に突
出してチップ−圧力導入用パイプ接合体６のパイプ部分
６ａを挿入する挿入筒部１５が設けられ、挿入筒部１５
の外面側に設置用のネジ込み部１６が設けられている。

【００１６】この半導体圧力センサは、図１（ａ）に示
すように、例えばシリコン単結晶から成る感圧チップ２
とガラス台座３とを接合して成るチップ４と、上記感圧
チップ２に圧力を導入するための圧力導入用パイプ５と
を第１の接合部７で予め接合してチップ−圧力導入用パ
イプ接合体６が構成されている。そして、このチップ−
圧力導入用パイプ接合体６を基本部品として、感圧チッ
プ２の信号出し部９を備えた本体部１０とチップ−圧力
導入用パイプ接合体６とが第２の接合部８で接合される
ようになっている。図中の１１はワイヤボンディング、
１２は封止材である。

【００１７】ここで、ガラス台座３として、例えばシリ
コンと線膨張係数が近いパイレックスガラス（商品名）
が用いられ、圧力導入用パイプ５として、例えばガラス
台座３と線膨張係数が近いコバール或いは４２アロイ
（商品名）のような金属材料が用いられる。また、チッ
プ４（感圧チップ２、ガラス台座３）と圧力導入用パイ
プ５との接合（第１の接合）は、ガラス台座３又は圧力
導入用パイプ５の構成材料と膨張係数が近い接合材料、
例えば低融点ガラス、或いは金属ろう材を用いて加熱に
より接合される。さらに、チップ−圧力導入用パイプ接
合体６のパイプ部分６ａの上端には、接合前に本体部１
０に設けた受け凹所２１に位置決めされる位置決め部１
７となる段差１７ａが設けられており、この段差１７ａ
は圧力導入用パイプ５の加工時において塑性加工或いは
切削によって形成されるもので、チップ−圧力導入用パ
イプ接合体６を本体部１０に対して上下方向に位置決め
するために用いられる。

【００１８】一方、本体部１０は、ステム台座１８と、
ステム台座１８に封止材１２にて封止される信号出しピ
ン９ａとを備えており、この本体部１０とチップ−圧力
導入用パイプ接合体６のパイプ部分６ａとの接合（第２
の接合）は、レーザー或いは電子ビームなどのエネルギ
ービームを用いて行われるのが望ましく、またこのとき
チップ４に熱的な悪影響（チップ４の割れ、温度特性の
悪化等）を及ぼさないようにするために、チップ−圧力
導入用パイプ接合体６の感圧チップ２とは反対側Ａから
第２の接合部８に向けてエネルギービームを照射するの
が望ましい。

【００１９】次に、上記半導体圧力センサの製造工程の
一例を図３に示す。図３のステップｎ１において、ステ
ム台座１８の加工、信号出しピン９ａの加工、ガラスウ
エハ３Ａの孔開け加工（図２（ａ））、シリコンウエハ
２Ａの上面の回路形成、シリコンウエハ２Ａの下面のダ
イヤフラム形成を行い、次いで、ステップｎ２に移行し
てガラスウエハ３Ａとシリコンウエハ２Ａの接合（図２
（ｂ））を行った後に、ステップｎ３に移行して、ガラ
スウエハ３Ａとシリコンウエハ２Ａとの接合体（ウエハ
接合体）のダイシングによりチップ４を得る（図２
（ｃ）（ｄ））。次いで、ステップｎ４に移行して、チ
ップ４と圧力導入用パイプ５とを第１の接合部７で予め
接合して基本部品となるチップ−圧力導入用パイプ接合
体６を得る。その後、ステップｎ５に移行して、本体部
１０に形成された挿入筒部１５にチップ−圧力導入用パ
イプ接合体６のパイプ部分６ａを挿入する。このときパ
イプ部分６ａの上部には位置決め用の段差１７ａが突設
されているので、この段差１７ａが本体部１０に設けた
受け凹所２１に嵌め込まれることによって、接合前のパ
イプ部分６ａを本体部１０の上下方向に容易に位置決め
することができる。次いで、本体部１０とチップ−圧力
導入用パイプ接合体６との第２の接合部８をエネルギー
ビームによる局所加熱によって接合する。その後、ステ
ップｎ６，ｎ７に順次移行して、ワイヤボンディング１
１による信号出しピン９ａと感圧チップ２との接続工程
及びハウジング装着工程に至る。なお、図４（ｂ）に示
すネジ込みによって設置されるタイプの半導体圧力セン
サ１Ｂにあっては、ステップｎ５とｎ６との間に、本体
部１０内に基板１３を装着する工程を挿入する。

【００２０】このように、チップ４（感圧チップ２、ガ
ラス台座３）と圧力導入用パイプ５とを第１の接合部７
で予め接合してチップ−圧力導入用パイプ接合体６を
得、このチップ−圧力導入用パイプ接合体６を基本部品
として、信号出しピン９ａが一体化された本体部１０と
チップ−圧力導入用パイプ接合体６のパイプ部分６ａと
を第２の接合部８で接合するものであるから、チップ４
と本体部１０との接合方法の共通化、及び本体部１０の
部品の共通化を図ることが容易となる。つまり、半導体
圧力センサは、測定する圧力やその環境によって、チッ
プ部分６ｂがほぼ同一形状であるにもかかわらず、本体
部１０はプラスチック製から金属製に至るまで、その材
料、形状が多岐にわたっているが、本実施形態のように
チップ４と圧力導入用パイプ５とを予め接合したチップ
−圧力導入用パイプ接合体６を基本部品とし、これを本
体部１０に接合する方式を採用しているので、従来のよ
うなチップを本体部に接合するための治具などが不要と
なり、そのうえ、本体部に応じた接合方法（接着剤、半
田付け等）なども不要となり、この結果、接合方法や部
品の共通化が容易となり、製造コストを下げることが可
能となる。しかも、チップ４と金属（圧力導入用パイプ
５）との第１の接合時においても、本体部１０に起因す
る制約（例えば本体部１０にワイヤボンディング部分が
あれば接合温度が上げられず、また、本体部１０の外観
の変色が問題で酸化雰囲気では接合不能になる）が発生
しないという利点もある。

【００２１】本発明の他の実施形態を図５〜図７に示
す。本実施形態では、挿入によって設置するタイプの半
導体圧力センサ１Ａにおいて、ステム台座１８の中央に
チップ−圧力導入用パイプ接合体６のパイプ部分６ａが
挿入する挿入孔１５ａが形成され、その周囲に信号出し
ピン９ａを挿入する複数のピン孔２５が形成され、この
ピン孔２５と信号出しピン９ａとの隙間に封止材１２が
供給されるようになっている。他の構成は図１の実施形
態と同様である。

【００２２】この半導体圧力センサ１Ａの製造工程の一
例を図７に示す。図７のステップｎ１においてステム台
座１８の加工、信号出しピン９ａの加工を行った後に、
ステップｎ２に移行してステム台座１８と信号出しピン
９ａとを封止材１２で封止接合し（図５（ａ）の状
態）、次いでステップｎ３に移行してステム台座１８の
メッキ（Ｎｉメッキ、Ａｕメッキ等）を施す。その後、
ステップｎ４に移行して、チップ４と圧力導入用パイプ
５とを接合（第１の接合）して得られたチップ−圧力導
入用パイプ接合体６を基本部品として、チップ−圧力導
入用パイプ接合体６と本体部１０との第２の接合部８を
レーザ或いは電子ームなどのエネルギービームＢによる
局所加熱で接合する（図５（ｂ）の状態）。最後にステ
ップｎ５，ｎ６に順次移行してワイヤボンディング工程
からハウジング６０の装着工程に至る（図５（ｃ）の状
態）。ここで、ステム台座１８と信号出しピン９ａは、
封止材料と線膨張係数が近いコバール或いは４２アロイ
（商品名）が用いられる。また封止材１２との密着性を
上げるためにステム台座１８と信号出しピン９ａは予め
酸化しておくことが望ましい。また封止は大気中或いは
窒素中で行うのが望ましく、封止温度は１０００°〜１
２００℃（種類によって異なる）とするのが望ましい。
尚、封止材１２の供給はペースト状、粉末、焼結材のい
ずれであってもよい。また酸化物を除去した後のワイヤ
ボンディング１１を容易にするために、信号出しピン９
ａ表面にＮｉを１〜１０μｍメッキした後、最表面にＡ
ｕを０．０〜３μｍメッキするのが望ましい。

【００２３】このように信号出しピン９ａと一体となっ
た本体部１０と、基本部品となるチップ−圧力導入用パ
イプ接合体６との第２の接合部８を、感圧チップ２とは
反対側ＡからエネルギービームＢで局所的に加熱する方
法を採用したことにより、第２の接合部８を局所加熱す
る際に第１の接合部７による接合温度などの制約を受け
ることがなくなり、またチップ４と離れた部分（第２の
接合部８）を溶融接合するために、第２の接合部８の熱
応力がチップ部分６ｂに悪影響（例えばチップ４の割
れ、温度特性の悪化等）を及ぼすことがなくなる。

【００２４】ところで、挿入によって設置するタイプの
半導体圧力センサ１Ａにおいて、図８のように感圧チッ
プ２とは反対側ＡからエネルギービームＢで局所的に第
２の接合部８を溶接すると、ステム台座１８が熱収縮
し、脆性材料である封止材１２にクラックが発生した
り、ステム台座１８と封止材１２間に剥離が発生すると
いう問題がある。そこで、第２の接合部８をエネルギー
ビームＢなどの局所加熱により接合する場合において
は、図９、図１０に示すように、本体部１０の表面に熱
収縮防止用の切り込み３０を設ける。つまり、図９
（ａ）に示すように、本体部１０の下面にプレス或いは
切削によって切り込み３０を設けた構造とすることによ
って、切り込み３０を利用して熱収縮を吸収でき、封止
材１２へ伝わる応力を緩和できるようになり、ピン封止
部のクラック発生を有効に防止できるという効果が得ら
れる。なお。切り込み３０の断面形状として、図９
（ｄ）に示すＶ字状以外に、同（ｂ）に示す多角形状の
切り込み３０′、或いは同（ｃ）に示すＵ字状の切り込
み３０″でもよく、またこれら以外に熱収縮を吸収でき
るものであればその形状は問わない。なお図１０中の９
０はゴムリングである。

【００２５】本発明の更に他の実施形態を図１１に示
す。本実施形態では、挿入によって設置されるタイプの
半導体圧力センサ１Ａにおいて、本体部１０を樹脂成形
により形成すると同時に、樹脂内部に信号出しピン９ａ
を組み込むようにしたものである。先ず図１１（ａ）に
示すように、成形金型４０の上型４０ａと下型４０ｂと
の間に信号出しピン９ａをセットし、チップ−圧力導入
用パイプ接合体６のチップ部分６ｂを上型４０ａの凹所
４０ｅに収納し、パイプ部分６ａを中空部４０ｃから下
型４０ｂの貫通孔４０ｄに挿入した状態で、射出成形に
よって中空部４０ｃに樹脂を充填して本体部１０とチッ
プ−圧力導入用パイプ接合体６と信号出しピン９ａとを
樹脂で一体形成する（図１１（ｂ）の状態）。このよう
に本体部１０を樹脂成形により形成し、且つ本体部１０
とチップ−圧力導入用パイプ接合体６と信号出しピン９
ａとを樹脂で一体化することによって、製造コストを一
層下げることが可能となる。尚、射出成形樹脂は熱可塑
性の樹脂、例えばＰＢＳ樹脂やＰＢＴ樹脂を用いること
ができる。

【００２６】本発明の更に他の実施形態を図１２に示
す。本実施形態では、ネジ込みによって設置されるタイ
プの半導体圧力センサ１Ｂにおいて、金属製の本体部１
０の挿入筒部１５とチップ−圧力導入用パイプ接合体６
のパイプ部分６ａとの第２の接合部８を、チップ−圧力
導入用パイプ接合体６の感圧チップ２とは反対側Ａから
エネルギービームＢで局所加熱により接合するようにし
たものである。図中の１３は本体部１０に装着される基
板であり、ワイヤボンディング（図示せず）を介して感
圧チップ２に接続されるものである。他の構成は図４
（ｂ）の実施形態と同様である。しかして、金属製の本
体部１０の挿入筒部１５にチップ−圧力導入用パイプ接
合体６（基本部品）のパイプ部分６ａを挿入した状態
で、感圧チップ２とは反対側Ａからレーザ或いは電子ビ
ームなどのエネルギービームＢで第２の接合部９を局所
加熱により接合する方法を実施することで、第２の接合
部９を加熱する際に、第１の接合部７による接合温度等
の制約を受けないものであり、しかも感圧チップ２と離
れた部分（第２の接合部８）を溶融接合しているため、
接合部の熱応力がチップ部分６ｂに悪影響（チップ４の
割れ、温度特性の悪化）を及ぼさなくなる。

【００２７】ところで、図１２の金属製の本体部１０の
第２の接合部８に見られるように、一般に金属部材の角
部は面取りされており、このためエネルギービームＢの
ような溶融範囲が極端に狭い接合方法では、溶接不良が
発生しやすいことも考えられる。そこで、図１３に示す
ように、金属製の本体部１０の挿入筒部１５の先端内面
側にチップ−圧力導入用パイプ接合体６のパイプ部分６
ａを接合前の挿入時に締め込むための小径部５０を設
け、小径部５０とパイプ部分６ａとの隙間に感圧チップ
２とは反対側からエネルギービームを照射することによ
って加熱接合するのが望ましい。例えば挿入筒部１５の
円周が小さくなるような形状をした小径部５０を金型等
で鍛造することによって、この小径部５０によってチッ
プ−圧力導入用パイプ接合体６のパイプ部分６ａが接合
前の挿入時に締め込まれる構造となり、第２の接合部８
の隙間が狭くなり、この結果、たとえ金属部材の角部が
面取りされている場合でも、溶接が容易となり、第２の
接合部９において溶接不良が発生するのを確実に防止で
きるようになる。尚図１３中の１３は基板、９ａは信号
出しピン、６０はハウジングである。

【００２８】本発明の更に他の実施形態を図１４に示
す。本実施形態では、チップ４（感圧チップ２、ガラス
台座３）と圧力導入用パイプ５との第１の接合部７を、
ガラス台座３又は圧力導入用パイプ５の構成材料と膨張
係数が近い接合材料を用いて炉中で加熱接合するように
したものであり、以下、封止材や接合材１００に低融点
ガラス（ＰｂＯ・Ｂ₂ Ｏ₃ ）を用いて加熱接合する場合
と、高融点はんだ（Ａｕ系、リン銅ろう）を用いて加熱
接合する場合とに分けて説明する。

【００２９】先ず、封止材や接合材１００に低融点ガラ
ス（ＰｂＯ・Ｂ₂ Ｏ₃ ）を用いて加熱接合する場合、金
属部分（圧力導入用パイプ５）には、例えばガラス台座
３と線膨張係数が近いコバール或いは４２アロイ（商品
名）を用い、ガラス台座３にはシリコンと線膨張係数が
近いパイレックスガラス（商品名）を用いる。なお低融
点ガラスの供給はペースト状、粉末状或いは焼結材であ
ってもよい。そして、部品を炭素治具等でセッティング
し、トンネル炉、バッジ炉を用いて大気或いは窒素雰囲
気で低融点ガラスの接合温度４００〜６００℃（種類に
よって異なる）で加熱し、低融点ガラスを溶融させて接
合する。このように低融点ガラスを接合材料として用い
ることにより、ガラス台座３と線膨張係数が一致して、
熱応力が小さくなり、且つ、耐熱性も高められる。

【００３０】一方、封止材や接合材１００に高融点はん
だ（Ａｕ系、リン銅ろう）を用いて加熱接合する場合、
金属部分（圧力導入用パイプ５）には、例えばガラス台
座３と線膨張係数が近いコバール或いは４２アロイ（商
品名）を用いると共に、予め、Ｎｉ，Ａｕの２層メッ
キ、或いはＮｉの１層メッキを施すのが望ましい。ま
た、チップ４の接合面にもガラス密着層、はんだ障壁
層、はんだ濡れ層の３層（はんだ濡れ層が不要な場合
は、ガラス密着層とはんだ障壁層の２層でもよい、）の
成膜をスパッタなどで施すようにしてもよい。ガラス台
座３には、シリコンと線膨張係数が近いパイレックスガ
ラス（商品名）を用い、接合は窒素中或いは窒素水素の
混合ガス雰囲気中で行う。また高融点はんだの供給はフ
ラックスレスが望ましい。そして、部品を治具等でセッ
ティングし、トンネル炉、バッジ炉を用いて３００〜６
００℃（種類によって異なる）で加熱し、高融点はんだ
を溶融させて接合する。このときダイボンダーのような
装置を用いて接合を行うようにしてもよい。このように
高融点はんだのような金属ろう材を接合材料として用い
ることにより、耐食性に優れたものとなり、且つ耐熱性
も高められるものである。

【００３１】更に他の実施形態として、図１５に示すよ
うに、第１の接合部７を陽極接合により接合するように
してもよい。例えば金属部分（圧力導入用パイプ５）に
はガラス台座３と線膨張係数が近いコバール或いは４２
アロイ（商品名）を用い、ガラス台座３にはシリコンと
線膨張係数が近いパイレックスガラス（商品名）を用い
る。被接合面は鏡面加工を行い、凹凸を数μｍ程度まで
に抑えるようにするのが望ましい。そして、真空または
窒素中で３００〜８００℃に加熱し、金属側が陽極、ガ
ラス側が陰極となるように直流電圧２００Ｖから１００
Ｖを加えて接合する。また接合が容易になるように低融
点ガラス等をスパッタリングで接合面に成膜してもよ
い。このようにガラス台座３と圧力導入用パイプ５（金
属）とを陽極接合により接着することで、接合材料が不
要となり、一層のコストダウンが可能となる。

【００３２】更に他の実施形態として、チップ−圧力導
入用パイプ接合体６のパイプ部分６ａに段差１７ａを設
けた構成に加えて、図１６（ａ）に示すように、パイプ
部分６ａの一部に接合前に本体部１０に位置決めされる
位置決め用の凸部１７ｂ、或いは図１６（ｂ）に示すよ
うにパイプ部分６ａの一部に接合前に本体部１０に位置
決めされる凹部１７ｃを設けるようにしてもよい。この
ようにパイプ部分６ａに位置決め用の凸部１７ｂ或いは
凹部１７ｃを設けることによって、段差１７ａによる上
下方向の位置決めのみならず、凸部１７ｂ或いは凹部１
７ｃにより回転方向の位置決めもできるようになり、結
果として、接合前のチップ−圧力導入用パイプ接合体６
の本体部１０に対する位置決め精度を向上させることが
容易となる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
係る半導体圧力センサは、外部から導入される流体の圧
力を測定する感圧チップがガラス台座に接合されて成る
チップと上記感圧チップに圧力を導入するための圧力導
入用パイプとが第１の接合部で予め接合されてチップ−
圧力導入用パイプ接合体が構成され、このチップ−圧力
導入用パイプ接合体が感圧チップの信号出し部を備えた
本体部に第２の接合部で接合され、本体部の表面に熱収
縮防止用の切り込みを設けて成るから、チップと圧力導
入用パイプとを予め接合したチップ−圧力導入用パイプ
接合体を基本部品として本体部に一体化することによ
り、従来のようなチップを本体部に接合するための治具
などが不要となり、本体部に応じた接合方法（接着剤、
半田付け等）なども不要となり、この結果、チップと本
体部との接合方法の共通化、及び本体部の部品の共通化
を図ることができ、コストダウンが可能となる。また、
挿入によって設置されるタイプの半導体圧力センサであ
っても、切り込みを利用して熱収縮を吸収でき、これに
より本体部の熱応力を緩和でき、信号出し部の封止部の
クラック発生等を有効に防止できる。

【００３４】

【００３５】また請求項２の発明は、外部から導入され
る流体の圧力を測定する感圧チップにガラス台座が接合
されて成るチップと上記感圧チップに圧力を導入するた
めの圧力導入用パイプとが第１の接合部で予め接合され
てチップ−圧力導入用パイプ接合体が構成され、このチ
ップ−圧力導入用パイプ接合体が感圧チップの信号出し
部を備えた本体部に第２の接合部で接合され、上記本体
部にチップ−圧力導入用パイプ接合体のパイプ部分が挿
入される挿入筒部を設け、挿入筒部の外面側に設置用の
ネジ込み部を設けると共に、挿入筒部の内面側に上記パ
イプ部分を接合前の挿入時に締め込むための小径部を設
け、小径部とパイプ部分との隙間を第２の接合部とした
から、小径部によってチップ−圧力導入用パイプ接合体
のパイプ部分が接合前の挿入時に締め込まれる構造とな
り、第２の接合部を溶接により接合する際に、溶接部の
隙間が小さくなる。この結果、たとえ金属部材の角部が
面取りされている場合でも、溶接が容易となり、第２の
接合部において溶接不良が発生するのを確実に防止でき
るようになる。

【００３６】また請求項３の発明は、外部から導入され
る流体の圧力を測定する感圧チップにガラス台座が接合
されて成るチップと上記感圧チップに圧力を導入するた
めの圧力導入用パイプとが第１の接合部で予め接合され
てチップ−圧力導入用パイプ接合体が構成され、このチ
ップ−圧力導入用パイプ接合体が感圧チップの信号出し
部を備えた本体部に第２の接合部で接合され、上記チッ
プ−圧力導入用パイプ接合体のパイプ部分に接合前に本
体部に対して回転方向に位置決めされる位置決め部を設
けたから、パイプ部分の位置決め部を利用して本体部に
対するチップ−圧力導入用パイプ接合体の上下方向、回
転方向の位置決めを容易に行うことができる。

【００３７】また請求項４の発明に係る半導体圧力セン
サの製造方法は、外部から導入される流体の圧力を測定
する感圧チップとガラス台座とを接合しチップを得、こ
のチップと上記感圧チップに圧力を導入するための圧力
導入用パイプとを第１の接合部で予め接合してチップ−
圧力導入用パイプ接合体を得、その後、感圧チップの信
号出し部を備えた本体部と上記チップ−圧力導入用パイ
プ接合体とを第２の接合部で接合するにあたって、本体
部に、予めチップ−圧力導入用パイプ接合体のパイプ部
分が挿入される挿入筒部を形成すると共に、挿入筒部の
先端内面側に設けたパイプ部分を締め込むための小径部
とパイプ部分との隙間を感圧チップとは反対側からエネ
ルギービームを照射することによって加熱接合するもの
であるから、基本部品となるチップ−圧力導入用パイプ
接合体を予め形成し、その後、このチップ−圧力導入用
パイプ接合体と本体部との第２の接合部を、第１の接合
部による接合温度などの制約を受けることなく接合する
ことができる。つまり基本部品となるチップ−圧力導入
用パイプ接合体と本体部との第２の接合部の接合を、チ
ップ−圧力導入用パイプ接合体の感圧チップとは反対側
からエネルギービームを照射することにより、第１の接
合部による接合温度などの制約を受けることなく、局所
加熱によって第２の接合を行うことが可能となる。しか
も、チップと圧力導入用パイプとの第１の接合時には、
本体部に起因する制約（例えば本体部にワイヤボンディ
ング部分があれば接合温度が上げられず、また、本体部
の外観の変色が問題で酸化雰囲気では接合不能になる）
が発生することもない。また、ネジ込みによって設置さ
れるタイプの半導体圧力センサであっても、第１の接合
部による接合温度等の制約を受けなることなく、第２の
接合部の接合を局所加熱で接合することが可能となる。
さらに小径部によってチップ−圧力導入用パイプ接合体
のパイプ部分が接合前の挿入時に締め込まれる構造とな
り、第２の接合部を溶接により接合する際に、溶接部の
隙間が小さくなる。この結果、たとえ金属部材の角部が
面取りされている場合でも、溶接が容易となり、第２の
接合部において溶接不良が発生するのを確実に防止でき
るようになる。

【００３８】

【００３９】また請求項５の発明は、請求項４の第１の
接合部を金属ろう材或いは低融点ガラスと線膨張係数が
近い接合材料を用いて加熱接合することにより、請求項
４記載の効果に加えて、金属ろう材の場合は、耐食性に
優れたものとなり、低融点ガラスの場合は、熱応力が小
さくなり、さらにいずれの場合も、耐熱性が良好とな
る。

【００４０】また請求項６の発明は、請求項４の第１の
接合部の圧力導入用パイプをガラス台座と線膨張係数が
近い材料を用い、ガラス台座をシリコンと線膨張係数が
近い材料を用いて陽極接合により接合することにより、
請求項４記載の効果に加えて、接合材料が不要となり、
一層のコストダウンを図ることができる。

【００４１】また請求項７の発明は、外部から導入され
る流体の圧力を測定する感圧チップとガラス台座とを接
合しチップを得、このチップと上記感圧チップに圧力を
導入するための圧力導入用パイプとを第１の接合部で予
め接合してチップ−圧力導入用パイプ接合体を得、その
後、樹脂成形により形成され且つこの樹脂内部に信号出
し部が組み込まれた本体部と上記チップ−圧力導入用パ
イプ接合体とを第２の接合部で樹脂により一体成形する
ことにより、本体部が金属製である場合と比較して、本
体部と信号出し部との一体化が容易となり、また、第２
の接合部を樹脂で一体化することにより、一層のコスト
ダウンが図られる。また請求項８の発明は、外部から導
入される流体の圧力を測定する感圧チップとガラス台座
とを接合しチップを得、このチップと上記感圧チップに
圧力を導入するための圧力導入用パイプとを第１の接合
部で予め接合してチップ−圧力導入用パイプ接合体を
得、その後、樹脂成形により形成され且つこの樹脂内部
に信号出し部が組み込まれた本体部と上記チップ−圧力
導入用パイプ接合体とを第２の接合部で溶接により接合
するので、チップと離れた部分（第２の接合部）を溶融
接合することとなり、接合部の熱応力がチップ部分に悪
影響（チップの割れ、温度特性の悪化）を及ぼさなくな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の一例を示し、（ａ）はチッ
プ−圧力導入用パイプ接合体の断面図、（ｂ）はチップ
−圧力導入用パイプ接合体と本体部との接合後の要部断
面図である。

【図２】（ａ）〜（ｄ）は製造工程の説明図である。

【図３】同上の製造工程のフロー図である。

【図４】（ａ）は挿入タイプの半導体圧力センサを示す
断面図、（ｂ）はネジ込みタイプの半導体圧力センサを
示す断面図である。

【図５】（ａ）〜（ｃ）は製造工程の他例の説明図であ
る。

【図６】（ａ）（ｂ）は同上のステム台座の平面図、及
び断面図、（ｃ）（ｄ）は信号出しピンの側面図及び平
面図である。

【図７】同上の製造工程のフロー図である。

【図８】（ａ）（ｂ）はエネルギービームによる局所加
熱の説明図である。

【図９】（ａ）は本発明の更に他の実施形態を示す断面
図、（ｂ）〜（ｄ）は切り込みの態様を説明する拡大断
面図である。

【図１０】同上の完成品の断面図である。

【図１１】（ａ）（ｂ）は本発明の製造工程の更に他例
の断面図である。

【図１２】本発明の更に他の実施形態の断面図である。

【図１３】（ａ）は本発明の更に他の実施形態の断面
図、（ｂ）は組立て後の断面図である。

【図１４】（ａ）（ｂ）は第１の接合部の接合方法の一
例の断面図である。

【図１５】（ａ）（ｂ）は第１の接合部の接合方法の他
例の断面図である。

【図１６】（ａ）はチップ−圧力導入用パイプ接合体の
断面図、（ｂ）は凸部の説明図、（ｃ）は凹部の説明図
である。

【図１７】従来の半導体圧力センサの断面図である。

【図１８】（ａ）は従来の半導体圧力センサの要部断面
図、（ｂ）は他の従来の半導体圧力センサの要部断面図
である。

【図１９】図１８（ａ）の製造工程のフロー図である。

【符号の説明】

２ 感圧チップ ３ ガラス台座 ４ チップ ５ 圧力導入用パイプ ６ チップ−圧力導入用パイプ接合体 ６ａ パイプ部分 ７ 第１の接合部 ８ 第２の接合部 ９ 信号出し部 １０ 本体部 １５ 挿入筒部 １６ 設置用ネジ込み部 １７ 位置決め部 ３０ 切り込み ５０ 小径部

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−103841（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−63832（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−320938（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−61636（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−37536（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−273248（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−103841（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−126923（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−54036（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−37259（ＪＰ，Ｕ) 実開 平６−87839（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 9/04

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部から導入される流体の圧力を測定す
   る感圧チップにガラス台座が接合されて成るチップと上
   記感圧チップに圧力を導入するための圧力導入用パイプ
   とが第１の接合部で予め接合されてチップ−圧力導入用
   パイプ接合体が構成され、このチップ−圧力導入用パイ
   プ接合体が感圧チップの信号出し部を備えた本体部に第
   ２の接合部で接合され、本体部の表面に熱収縮防止用の
   切り込みを設けて成ることを特徴とする半導体圧力セン
   サ。
2. 【請求項２】 外部から導入される流体の圧力を測定す
   る感圧チップにガラス台座が接合されて成るチップと上
   記感圧チップに圧力を導入するための圧力導入用パイプ
   とが第１の接合部で予め接合されてチップ−圧力導入用
   パイプ接合体が構成され、このチップ−圧力導入用パイ
   プ接合体が感圧チップの信号出し部を備えた本体部に第
   ２の接合部で接合され、上記本体部にチップ−圧力導入
   用パイプ接合体のパイプ部分が挿入される挿入筒部を設
   け、挿入筒部の外面側に設置用のネジ込み部を設けると
   共に、挿入筒部の内面側に上記パイプ部分を接合前の挿
   入時に締め込むための小径部を設け、小径部とパイプ部
   分との隙間を第２の接合部としたことを特徴とする半導
   体圧力センサ。
3. 【請求項３】 外部から導入される流体の圧力を測定す
   る感圧チップにガラス台座が接合されて成るチップと上
   記感圧チップに圧力を導入するための圧力導入用パイプ
   とが第１の接合部で予め接合されてチップ−圧力導入用
   パイプ接合体が構成され、このチップ−圧力導入用パイ
   プ接合体が感圧チップの信号出し部を備えた本体部に第
   ２の接合部で接合され、上記チップ−圧力導入用パイプ
   接合体のパイプ部分に接合前に本体部に対して回転方向
   に位置決めされる位置決め部を設けたことを特徴とする
   半導体圧力センサ。
4. 【請求項４】 外部から導入される流体の圧力を測定す
   る感圧チップとガラス台座とを接合しチップを得、この
   チップと上記感圧チップに圧力を導入するための圧力導
   入用パイプとを第１の接合部で予め接合してチップ−圧
   力導入用パイプ接合体を得、その後、感圧チップの信号
   出し部を備えた本体部と上記チップ−圧力導入用パイプ
   接合体とを第２の接合部で接合するにあたって、本体部
   に、予めチップ−圧力導入用パイプ接合体のパイプ部分
   が挿入される挿入筒部を形成すると共に、挿入筒部の外
   面側に設置用のネジ込み部を形成し、挿入筒部の先端内
   面側に設けたパイプ部分を締め込むための小径部とパイ
   プ部分との隙間を感圧チップとは反対側からエネルギー
   ビームを照射することによって加熱接合することを特徴
   とする半導体圧力センサの製造方法。
5. 【請求項５】 第１の接合部を金属ろう材或いは低融点
   ガラスと線膨張係数が近い接合材料を用いて加熱接合す
   ることを特徴とする請求項４記載の半導体圧力センサの
   製造方法。
6. 【請求項６】 第１の接合部の圧力導入用パイプをガラ
   ス台座と線膨張係数が近い材料を用い、ガラス台座をシ
   リコンと線膨張係数が近い材料を用いて陽極接合により
   接合することを特徴とする請求項４記載の半導体圧力セ
   ンサの製造方法。
7. 【請求項７】 外部から導入される流体の圧力を測定す
   る感圧チップとガラス台座とを接合しチップを得、この
   チップと上記感圧チップに圧力を導入するための圧力導
   入用パイプとを第１の接合部で予め接合してチップ−圧
   力導入用パイプ接合体を得、その後、樹脂成形により形
   成され且つこの樹脂内部に信号出し部が組み込まれた本
   体部と上記チップ−圧力導入用パイプ接合体とを第２の
   接合部で樹脂により一体成形することを特徴とする半導
   体圧力センサの製造方法。
8. 【請求項８】 外部から導入される流体の圧力を測定す
   る感圧チップとガラス台座とを接合しチップを得、この
   チップと上記感圧チップに圧力を導入するための圧力導
   入用パイプとを第１の接合部で予め接合してチップ−圧
   力導入用パイプ接合体を得、その後、樹脂成形により形
   成され且つこの樹脂内部に信号出し部が組み込まれた本
   体部と上記チップ−圧力導入用パイプ接合体とを第２の
   接合部で溶接により接合することを特徴とする半導体圧
   力センサの製造方法。