JP3136087B2 - 半導体圧力センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ピエゾ抵抗効果を
利用した小型の半導体圧力センサに関し、とくにエンジ
ン制御、トランスミッション制御、サスペンション制
御、ブレーキ制御などに適した車載用の半導体圧力セン
サに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より提供されている半導体圧力セン
サは、パッケージから端子ピンやリード片が突出した形
状や、パッケージからリード線が引き出された形状のも
のが多い。たとえば、ＴＯ−５型のパッケージのように
端子ピンを下面から突出させるものや、図１２に示した
もののようにパッケージ１０の両側面にリード片１１が
突出するＤＩＰ形状のものが提供されている。

【０００３】図１２に示した半導体圧力センサは、リー
ドフレーム１２と同時一体に成形した合成樹脂よりなる
パッケージ１０を有し、リードフレーム１２のうちパッ
ケージ１０の両側面から突出する部分をリード片１１と
して用いている。パッケージ１０には下面が開放された
凹所１３が形成され、さらに凹所１３の内底面にはチッ
プ収納凹所１４が形成される。パッケージ１０の上面に
は円筒状の導入筒１５が突設され、導入筒１５からチッ
プ収納凹所１４に跨がる部位にはパッケージ１０の内外
を連通させる圧力導入孔１６が形成されている。

【０００４】リードフレーム１２の一部はパッケージ１
０における凹所１３の内底面に露出し後述するセンサチ
ップ２０に金ないしアルミニウムよりなるボンディング
ワイヤ２１を介して接続されるボンディングパッドとし
て機能する。また、凹所１３の開口付近には段部１８が
形成され、周部が段部１８に当接する蓋板１９によりパ
ッケージ１０の凹所１３が閉塞される。蓋板１９はパッ
ケージ１０に対して接着剤を用いて気密的に封着され
る。

【０００５】ところで、センサチップ２０には、複数個
（一般にはブリッジ回路を形成するために４個）の歪ゲ
ージ２２をシリコン単結晶の半導体基板２３の上に形成
したものを用いる。各歪ゲージ２２は半導体基板２３に
不純物を拡散させることにより形成され、応力の変化を
電気抵抗の変化に変換する。また、歪ゲージ２２は半導
体基板２３において他の部分よりも薄肉に形成されてい
るダイアフラム２４の部位に形成され、ダイアフラム２
４が表裏の圧力差により撓んだときに、その撓みに伴う
応力の変化を歪ゲージ２２によって電気抵抗の変化に変
換することによって圧力の変化を電気抵抗の変化に変換
する。

【０００６】上述のように形成されたセンサチップ２０
は絶縁材料の台座２５の上に陽極接合法などの接合法を
用いて接合されることによりセンサ本体１を形成する。
センサ本体１の台座２５は接着剤を用いてチップ収納凹
所１４の底面に気密的に固着される。台座２５には表裏
に貫通する圧力導入孔２６が形成され、この圧力導入孔
２６はパッケージ１０に形成された圧力導入孔１６に連
通している。したがって、センサチップ２０に形成され
たダイアフラム２４の上面にはパッケージ１０の外部の
圧力が作用することになる。一方、台座２５がパッケー
ジ１０に気密的に固着され、蓋板１９がパッケージ１０
に気密的に封着されていることによって、パッケージ１
０の内部には気密な圧力基準室２７が形成されるから、
ダイアフラム２４の下面には圧力基準室２７の内部のほ
ぼ一定の圧力が作用する。したがって、パッケージ１０
の外部の圧力に変化があると、ダイアフラム２４の表裏
に圧力差が生じ、結果的に外部の圧力の変化を検出する
ことができるのである。

【０００７】ところで、センサチップ２０は上述のよう
にボンディングワイヤ２１を介してリードフレーム１２
に接続され、リードフレーム１２の一部であるリード片
１１を介して外部回路に接続される。リード片１１はパ
ッケージ１０の厚み方向（上向きまたは下向き）に折曲
されており、薄肉の導電材よりなる回路パターン３２
（薄板の貼着、薄膜の被着、導電ペーストの塗布などに
より形成される）を形成した回路基板（たとえばハイブ
リッド集積回路を形成する基板）３０に実装したソケッ
ト３１に差し込まれることによって外部回路と接続され
る。ここにおいて、リードフレーム１２は帯板材（フー
プ材）を用いて形成され、パッケージ１０の成形後にタ
イバーが切断されることによって各リード片１１が分離
されるから、タイバーの切断後にリード片１１をパッケ
ージ１０の厚み方向に折曲する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の半導体圧力センサでは、センサチップ２０をリード片
１１に接続するためにボンディングワイヤ２１を用いて
おり、また、リード片１１はパッケージ１０の両側面に
突出しているから、実装面積および実装体積が大きくな
るという問題が生じる。つまり、リードフレーム１２と
センサチップ２０とをボンディングワイヤ２１を介して
接続するために、リードフレーム１２をセンサチップ２
０の側方に並べて配置してあり、しかもリードフレーム
１２はパッケージ１０から側方に突出するから、センサ
チップ２０の幅に比較して実装面積が大幅に増加するこ
とになる。さらに、上述のようにソケット３１を用いる
場合には、回路基板３０にあらかじめソケット３１を実
装しなければならず実装作業に手間がかかるとともに部
品点数の増加によるコスト高につながる。また、ソケッ
ト３１が存在すると、実装面積が一層増加するとともに
回路基板３０からの高さが大きくなり、結果的に実装体
積が大きくなる。

【０００９】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、実装スペースが比較的小さく、しか
もソケットを用いることなく低コストで実装することが
できる半導体圧力センサを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、他の部位よりも薄肉に形成され
圧力を受けて撓むダイアフラムを有しダイアフラム上の
歪ゲージに電気的に接続された凸状電極が一面に突出す
る板状のセンサ本体と、基材の表面に薄肉の導電材によ
る回路パターンが形成され周辺回路を構成する電子部品
とともにセンサ本体が表面実装される回路基板と、回路
基板との間でセンサ本体を囲むように回路基板に固着さ
れたケースとを備え、回路パターンにはセンサ本体の凸
状電極の配列に一致するように配置された電極パッドが
形成され、電極パッドに対して凸状電極がフェイスダウ
ンボンディグにより接合され、センサ本体は、半導体基
板の厚み方向の一面の中央部に凹所が開口することによ
り凹所の底壁をダイアフラムとするセンサチップと、上
記凹所との間に空間を形成するようにセンサチップの上
記一面に気密的に接合された台座とからなり、センサ本
体に設けた台座がケースの内周面に固着されていること
を特徴とする。

【００１１】この構成によれば、端子ピンに対してセン
サ本体を接合する場合に比較するとセンサ本体と電極パ
ッドとの位置合わせが容易になる。とくに、凸状電極を
半田によって実装する場合に、端子ピンにセンサ本体を
実装する場合のように半田の溶融時にセンサ本体が端子
ピンから位置ずれして落ちることがなく、半田の表面張
力によってセンサ本体が自動的に位置決めされ（セルフ
アライメント）、電極パッドの位置に応じた所望の位置
に実装されることになる。しかも、周辺回路を構成する
電子部品とともに回路基板に表面実装することができる
から、作業性、生産性が高くなる。また、端子ピンを用
いる場合に比較すると実装時の回路基板からの突出寸法
が小さく周辺回路を含む圧力センサ全体としての小型化
が可能になる。さらに、周辺回路を構成する電子部品と
センサ本体との距離が小さくなり雑音の影響を受けにく
いから感度を向上させることができる。また、凸状電極
を用いて回路基板に実装してあり回路基板との接触面積
が比較的小さく、しかも凸状電極がある程度変形可能で
あるから、センサ本体と回路基板との熱膨張率の差によ
る熱応力を緩和することができ、温度特性に優れた（オ
フセット温度特性が安定し温度に対するヒステリシスが
少ない）半導体圧力センサを得ることができる。また、
センサチップと台座との間に空間を形成することによっ
て、この空間を真空にすれば絶対圧を検出することがで
き、またこの空間に被測定圧力を導入してセンサ本体の
周囲圧力との相対圧を検出することもできる。また、セ
ンサ本体を回路基板とケースとにより囲んでいるから、
センサ本体の全周を収納するようなパッケージが不要で
あって、パッケージコストを低減することができる。ケ
ースにセンサ本体が固着され、またケースが回路基板に
固着されているから、凸状電極のみによって回路基板に
接合している場合に比較するとセンサ本体の固定強度を
向上させることができる。また、センサ本体とケースお
よびケースと回路基板のそれぞれの固着部位に弾性材料
を用いれば、凸状電極に作用する応力を固着部分で分散
緩和することができ、凸状電極の接触状態を安定に保つ
ことができる。さらに、ケースの回路基板からの高さ寸
法を適宜に設定すれば、ケースによってセンサ本体を回
路基板側に押し付けることで凸状電極の回路基板への接
続状態を安定させることが可能である。

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】請求項２の発明は、他の部位よりも薄肉に
形成され圧力を受けて撓むダイアフラムを有しダイアフ
ラム上の歪ゲージに電気的に接続された凸状電極が一面
に突出する板状のセンサ本体と、基材の表面に薄肉の導
電材による回路パターンが形成され周辺回路を構成する
電子部品とともにセンサ本体が表面実装される回路基板
とを備え、回路パターンにはセンサ本体の凸状電極の配
列に一致するように配置された電極パッドが形成され、
電極パッドに対して凸状電極がフェイスダウンボンディ
グにより接合され、センサ本体は、半導体基板の厚み方
向の一面の中央部に凹所が開口することにより凹所の底
壁をダイアフラムとするセンサチップと、上記凹所との
間に空間を形成するようにセンサチップの上記一面に気
密的に接合された台座とからなり、センサチップは第１
導電形半導体により形成され、センサチップのうちダイ
アフラムの周部には高濃度の第２導電形半導体よりなる
第１の導電路が形成され、台座には第１導電路に対応す
る部位に貫設された貫通孔の内周にメタライゼーション
を施すことによって第１の導電路に電気的に接続された
第２の導電路が形成され、センサチップに設けた歪ゲー
ジと台座の一面に突設された凸状電極とが第１導電路お
よび第２導電路を介して電気的に接続されていることを
特徴とする。

【００１８】この構成では、端子ピンに対してセンサ本
体を接合する場合に比較するとセンサ本体と電極パッド
との位置合わせが容易になる。とくに、凸状電極を半田
によって実装する場合に、端子ピンにセンサ本体を実装
する場合のように半田の溶融時にセンサ本体が端子ピン
から位置ずれして落ちることがなく、半田の表面張力に
よってセンサ本体が自動的に位置決めされ（セルフアラ
イメント）、電極パッドの位置に応じた所望の位置に実
装されることになる。しかも、周辺回路を構成する電子
部品とともに回路基板に表面実装することができるか
ら、作業性、生産性が高くなる。また、端子ピンを用い
る場合に比較すると実装時の回路基板からの突出寸法が
小さく周辺回路を含む圧力センサ全体としての小型化が
可能になる。さらに、周辺回路を構成する電子部品とセ
ンサ本体との距離が小さくなり雑音の影響を受けにくい
から感度を向上させることができる。また、凸状電極を
用いて回路基板に実装してあり回路基板との接触面積が
比較的小さく、しかも凸状電極がある程度変形可能であ
るから、センサ本体と回路基板との熱膨張率の差による
熱応力を緩和することができ、温度特性に優れた（オフ
セット温度特性が安定し温度に対するヒステリシスが少
ない）半導体圧力センサを得ることができる。また、セ
ンサチップと台座との間に空間を形成することによっ
て、この空間を真空にすれば絶対圧を検出することがで
き、またこの空間に被測定圧力を導入してセンサ本体の
周囲圧力との相対圧を検出することもできる。またセン
サ本体において歪ゲージを設けている面とは反対側の面
に凸状電極を設けているのであって、凸状電極からセン
サ本体への応力がダイアフラムに作用しにくく安定した
精度の高い圧力測定が可能になる。また、センサ本体に
おける回路基板との対向面とは反対側の面に歪ゲージが
露出するから、歪ゲージ側に導電検査用のプローブを接
触させることでセンサ本体の実装後に凸状電極と回路基
板との接続状態を検査することができ、さらに歪ゲージ
をレーザ光でトリミングするなどすることによってセン
サ本体の実装後に歪ゲージの特性を調整することも可能
になる。また、第２の導電路が貫通孔の内周にメタライ
ゼーションを施すことによって形成されているので、低
コストで小型化を図ることができる。

【００１９】請求項３の発明は、他の部位よりも薄肉に
形成され圧力を受けて撓むダイアフラムを有しダイアフ
ラム上の歪ゲージに電気的に接続された凸状電極が一面
に突出する板状のセンサ本体と、センサ本体よりも厚み
が大きい基材の表面に薄肉の導電材による回路パターン
が形成され周辺回路を構成する電子部品が実装される回
路基板と、回路基板の厚み方向に貫設した収納孔に収納
されるセンサ本体を一面に固着した形で収納孔の一方の
開口面を閉塞するように回路基板に固着された第１の蓋
板と、収納孔の他方の開口面を閉塞するように回路基板
に固着された第２の蓋板とからなり、回路パターンの一
部は収納孔の開口内に延長されるとともにセンサ本体の
凸状電極の配列に一致するように配置されたリード片を
形成し、リード片に対して凸状電極が収納孔の内側から
接合されていることを特徴とする。

【００２０】この構成によれば、センサ本体を回路基板
の厚み寸法内に実装しているから、センサ本体の実装ス
ペースを大幅に小さくすることができる。また、センサ
本体は収納孔を閉塞する蓋板の一方に固着されているか
ら、蓋板を形成する材料としてセンサ本体と熱膨張率の
近いものを選択すればセンサ本体への熱応力を小さくす
ることができ、安定した圧力測定が可能になる。さら
に、リード片は収納孔の内側に突設されているから、リ
ード片の弾性によって凸状電極に作用する応力を緩和す
ることができる。加えて、蓋板によって収納孔を覆って
いることにより、必要に応じて蓋板に回路部品を実装す
ることも可能であって周辺回路を含む実装効率が高くな
る。

【００２１】請求項４の発明では、請求項３の発明にお
いて、収納孔の内周面とセンサ本体の外周面との間に形
成される隙間の少なくとも一部にゲル状の応力緩和材が
充填されていることを特徴とする。この構成によれば、
センサ本体の周囲にゲル状の応力緩和材を充填している
ことによって、センサ本体への振動や衝撃を緩和するこ
とができる。

【００２２】

【００２３】請求項５の発明は、他の部位よりも薄肉に
形成され圧力を受けて撓むダイアフラムを有しダイアフ
ラム上の歪ゲージに電気的に接続された凸状電極が一面
に突出する板状のセンサ本体と、基材の表面に薄肉の導
電材による回路パターンが形成され周辺回路を構成する
電子部品とともにセンサ本体が表面実装される回路基板
とを備え、回路パターンにはセンサ本体の凸状電極の配
列に一致するように配置された電極パッドが形成され、
電極パッドに対して凸状電極がフェイスダウンボンディ
グにより接合され、センサ本体は半導体基板の厚み方向
の一面の中央部に凹所が開口することにより凹所の底壁
をダイアフラムとするセンサチップであって、センサチ
ップのうちダイアフラムの周部にはセンサ本体の厚み方
向に貫通する導電路が形成され、センサチップの上記一
面には導電路を介して歪ゲージと電気的に接続された凸
状電極が突設され、センサチップの周部と回路基板との
間には凹所と回路基板との間の空間を気密的に封止する
とともに凸状電極の応力を緩和する応力緩和材が充填さ
れていることを特徴とする。

【００２４】この構成によれば、請求項２の発明と同様
の構成および作用を有し、加えて、センサチップの周部
と回路基板との間に応力緩和材を充填することによって
凹所と回路基板との間に気密空間を形成するから、セン
サチップに台座を接合する必要がなく、材料コストを低
減することができる。しかも、応力緩和材は凸状電極を
支持することでセンサチップの回路基板への固定強度を
高め、かつセンサチップに作用する応力を緩和すること
によって安定した精度のよい圧力測定を可能にする。

【００２５】請求項６の発明は、他の部位よりも薄肉に
形成され圧力を受けて撓むダイアフラムを有しダイアフ
ラム上の歪ゲージに電気的に接続された凸状電極が一面
に突出する板状のセンサ本体と、基材の表面に薄肉の導
電材による回路パターンが形成され周辺回路を構成する
電子部品とともにセンサ本体が表面実装される回路基板
とを備え、回路パターンにはセンサ本体の凸状電極の配
列に一致するように配置された電極パッドが形成され、
電極パッドに対して凸状電極がフェイスダウンボンディ
グにより接合され、センサ本体は半導体基板の厚み方向
の一面の中央部に凹所が開口することにより凹所の底壁
をダイアフラムとするセンサチップであって、センサチ
ップのうちダイアフラムを囲む周部にはセンサ本体の厚
み方向に貫通する導電路が形成され、センサチップの上
記一面には導電路を介して歪ゲージと電気的に接続され
た凸状電極が突設され、センサチップには凸状電極のセ
ンサチップからの突出寸法よりも厚み寸法が小さくかつ
凹所を気密的に封止する蓋板が固着されて成ることを特
徴とする。

【００２６】この構成では、請求項２と同様の構成およ
び作用を有し、加えて、凸状電極の突出寸法内で蓋板を
設けるから、台座を設ける場合に比較すればセンサ本体
の厚み寸法を小さくすることができる。しかも、凸状電
極が実装時に変形しても凸状電極のセンサ本体からの突
出寸法は蓋板の厚み寸法よりも小さくなることはないか
ら、凸状電極を回路基板との接触面積が小さい状態に保
つことができ、凸状電極による応力緩和の効果を維持す
ることができる。

【００２７】請求項７の発明では、請求項５または請求
項６の発明において、センサチップが第１導電形半導体
により形成され、導電路は高濃度の第２導電形半導体に
より形成されていることを特徴とする。この構成では、
導電路を半導体の製造プロセスによって形成することが
できるから製造が容易である。

【００２８】請求項８の発明では、請求項５または請求
項６の発明において、導電路はセンサチップを形成する
半導体基板に貫設した貫通孔の内周面に絶縁層を介して
メタライゼーションを施すことにより形成されているこ
とを特徴とする。この構成では、請求項７の発明の構成
に比較して、絶縁層によって電流リークを低減すること
ができ、しかもメタライゼーションした金属によって導
電路の導電性を高くすることができる。その結果、圧力
測定の感度を高めるとともに測定精度が向上することに
なる。

【００２９】

【発明の実施の形態】まず本発明の参考例について説明
した後、本発明の実施形態について説明する。 （参考例１） 図１に本参考例の断面図を示す。センサチップ２０は従
来の技術で説明したものと同様の構成を有し、耐熱ガラ
ス（商品名：パイレックス）よりなる台座２５に陽極接
合法によって接合されることによりセンサ本体１を形成
する。ここに、陽極接合法は、シリコン単結晶よりなる
センサチップ２０と同程度の熱膨張係数を有する耐熱ガ
ラスの台座２５を用い、センサチップ２０における凹所
の開口側と台座２５との平滑面同士を突き合わせるとと
もに、３００〜４００℃に加熱した状態で、台座２５に
５００Ｖ程度の負電圧を印加する方法であって、センサ
チップ２０と台座２５との界面に大きなクーロン力を作
用させることによりセンサチップ２０と台座２５との界
面で化学結合を生じさせてセンサチップ２０と台座２５
とを接合する方法である。

【００３０】センサチップ２０と台座２５とを接合させ
た状態では、センサチップ２０と台座２５との間に気密
な圧力基準室２７が形成される。つまり、センサチップ
２０は一面の中央部に凹所が開口し凹所の底壁がダイア
フラム２４になるから、台座２５によって凹所を閉塞す
ることにより、凹所内が圧力基準室２７となるのであ
る。ところで、センサチップ２０と台座２５との接合時
には加熱されているから、大気圧下で接合した場合には
圧力基準室２７の内部圧力は常温では０．４〜０．５気
圧程度になる。一方、絶対圧を測定するには圧力基準室
２７を真空にする必要があり、センサチップ２０と台座
２５とを真空中で接合しなければならない。この場合、
真空中では熱伝導がないから、主として輻射熱を利用し
て加熱するようにセンサチップ２０と台座２５とを囲む
形にヒータを配置する。

【００３１】センサチップ２０は凹所の開口側である上
面が上述のように台座２５に接合され、センサチップ２
０の下面には外部回路と接続するための配線パターン２
８が形成されている。配線パターン２８には凸状電極と
してのバンプ２９が固着され、回路基板３０の上の回路
パターン３２に対してバンプ２９がフェイスダウンボン
ディングによって接合される。バンプ２９は半田、金、
錫、銅などの各種金属や導電性合成樹脂を用いて形成さ
れる。

【００３２】本参考例では半田を用いてバンプ２９を形
成する。センサチップ２０の配線パターン２８はアルミ
ニウムにより形成されており半田の濡れ性が低いから、
半田の濡れ性を高めるために配線パターン２８の表面に
金属膜による中間層を形成する。中間層は、基本的に２
層の金属膜からなり、配線パターン２８側の層にはアル
ミニウムとの結合力が高いクロムを用い、バンプ２９側
の層には半田との結合力が高い銅を用いる。また、中間
層はスパッタリングや蒸着などの方法で形成される。バ
ンプ２９となる半田材料は、たとえば錫と鉛との比率が
６０：４０あるいは５：９５であるものを用い、メタル
マスクを用いて蒸着するかフォトレジストマスクを用い
てメッキするなどの方法で配線パターン２８の上に中間
層となる金属膜を介して堆積させる。その後、不活性ガ
ス（希ガスや窒素ガス）の雰囲気中でリフローを行な
い、表面張力によって半球状となるように溶融させる。

【００３３】ここに、金を用いてバンプ２９を形成する
場合は、ボンディングワイヤと同様の細いワイヤの先端
部に直径が５０〜２００μｍのボールを形成し、このボ
ールをキャピラリに装着して超音波を印加することによ
りセンサチップ２０の配線パターン２８の上に結合さ
せ、その後、キャピラリを横にずらすことによって、ボ
ールだけをワイヤから切り離せばよい。また、導電性合
成樹脂を用いてバンプ２９を形成する場合には、導電性
合成樹脂として導電ペースト（銀ペーストや銅ペース
ト）を用い、配線パターン２８の表面に半球状に塗布し
た後に、加熱を行なって硬化させる。上述のように、錫
や銅でもバンプ２９を形成することができるが、バンプ
２９の形成方法は従来周知の各種方法が適用可能である
から、説明を省略する。

【００３４】上述のようにして形成されたバンプ２９
は、半田により形成されたものであれば、周辺回路を構
成する電子部品の実装とともにリフロー炉によって回路
基板３０の回路パターン３２に接合することができる。
また、バンプ２９は材料に応じて、導電性接着剤（銀ペ
ースト、銅ペーストなどの導電ペースト）、インジウム
合金、半田などを用いて回路基板３０の上の回路パター
ン３２と接続することができる。導電性接着剤を用いる
場合には接着後に１００〜２００℃で加熱することによ
り導電性接着剤を硬化させる。

【００３５】センサ本体１を回路基板３０と接合した状
態で、センサ本体１にはケース４０が被嵌される。ケー
ス４０は一面が開口した有底筒状に金属（コバール、ニ
ッケル、洋白、鉄など）により形成され、ケース４０の
開口縁を半田付け、溶着、熱硬化性合成樹脂による接着
のいずれかにより回路基板３０に封着し、回路基板３０
との間にセンサチップ２０を収納する空間を形成する。
半田付けや溶着の場合には、回路基板３０の上にケース
４０と接する部位のほぼ全周にわたるパターンを形成し
ておく。ただし、このパターンは回路パターン３２とは
絶縁し、ケース４０も回路パターン３２とは絶縁してお
く。

【００３６】ケース４０の底壁（図１の上壁）の中央部
にはステンレスなどの薄肉のダイアフラム４１が一体に
設けられる。したがって、ケース４０と回路基板３０と
の間には気密空間が形成され、センサチップ２０および
台座２５はこの気密空間に納装されることになる。回路
基板３０とケース４０との間に形成された気密空間に
は、シリコーンオイルよりなる絶縁性を有する不活性液
体４２が封入される。不活性液体４２は、回路基板３０
あるいはケース（ダイアフラム４１を除く部位）４０の
一部に形成した導入孔から上記気密空間に導入され、導
入孔は不活性液体４２の充填後に半田付けまたは溶接に
よって封止される。

【００３７】上述の構成によって、センサチップ２０は
不活性液体４２に浸漬され、外気から遮断されることに
なって劣化が少なくなり、長期間にわたって電気的およ
び機械的な特性を安定に保つことができる。一方、ケー
ス４０の外部からダイアフラム４１に作用する圧力は不
活性液体４２を介してセンサチップ２０のダイアフラム
２４に伝達される。上記構造の圧力センサは、２つのダ
イアフラム２４，４１を備えていることに因んで二重ダ
イアフラム方式と呼ばれている。

【００３８】以上説明したように、従来構成のようにリ
ードフレームを用いず、本参考例ではセンサチップ２０
に設けたバンプ２９を回路基板３０の回路パターン３２
にフェイスダウンボンディングによって直付けしている
から、外部回路との接続にソケットが不要であるととも
に、ケース４０の幅がリードフレームを用いる場合に比
較して大幅に小さくセンサチップ２０の幅程度まで小型
化することが可能になる。つまり、実装面積および実装
高さが小さくなる。また、小型であって不活性液体４２
の充填量は少なくてよいから、二重ダイアフラム方式を
採用しているにもかかわらず比較的軽量であり、かつ不
活性液体４２の熱膨張による内部圧力の変化が少なくな
っている。さらに、回路基板３０ないしは回路パターン
３２とセンサチップ２０とは熱膨張率が異なっている
が、回路パターン３２とセンサチップ２０とはバンプ２
９を介して接合されており、回路パターン３２とバンプ
２９、センサチップ２０とバンプ２９のそれぞれの接触
面の直径は５０〜２００μｍ程度と非常に小さいから、
熱膨張率の違いによる歪が伝達されにくく、この点でも
センサチップ２０に対する周囲温度の影響が小さくなっ
ている。

【００３９】（参考例２） 参考例１ では、周辺回路を構成する電子部品を実装した
回路基板３０にフェイスダウンボンディングによって圧
力センサを実装しているから、電子部品と圧力センサと
の距離が比較的近くなり、電路が短くなってノイズを低
減することができるとともに、電子部品と圧力センサと
の温度差が小さくなって温度補償が容易になる。本参考
例は、電子部品と圧力センサとの温度差を参考例１より
もさらに低減したものであって、図２に示すように、周
辺回路を構成する電子部品２をセンサ本体１とともにケ
ース４０に収納してあり、かつケース４０と回路基板３
０とに囲まれた空間に不活性液体４２を充填してある。
また、ケース４０の一部にはダイアフラム４１を設け、
ダイアフラム４１に作用した圧力が不活性液体４２を介
してセンサ本体１のダイアフラム２４に伝達されるよう
にしてある。つまり、本参考例も二重ダイアフラム方式
を採用している。

【００４０】この構成では、周辺回路を構成する電子部
品２とセンサ本体１とが一つのケース４０に収納され、
かつそのケース４０には不活性液体４２が充填されてい
るから、不活性液体４２を介して空気中よりも迅速に熱
が伝導され、結果的に電子部品２とセンサ本体１との温
度差が小さくなる。他の構成および動作は参考例１と同
様である。

【００４１】（参考例３） 本参考例は 、センサチップ２０と台座２５との全体を不
活性液体４２に浸漬するのではなく、図３に示すよう
に、センサチップ２０において歪ゲージ２２とバンプ２
９の周辺部位のみを不活性液体４２に浸漬することによ
り、電路部分の腐食を防止したものである。

【００４２】基本的な構成は参考例１と同様であり、セ
ンサチップ２０に台座２５を接合することによりセンサ
チップ２０と台座２５との間に圧力基準室２７を形成
し、センサチップ２０の下面側に配線パターン（図示せ
ず）を形成するともに、配線パターンにバンプ２９を突
設してある。このバンプ２９は回路基板３０の回路パタ
ーン３２にフェイスダウンボンディングにより接合され
る。ケース４０は両端が開放された筒状であって、セン
サチップ２０を回路基板３０に実装した状態での回路基
板３０からの高さがセンサチップ２０と同程度に設定さ
れている。また、ケース４０の上端部とセンサチップ２
０ないし台座２５との間はシール４５により封止されて
いる。シール４５にはシリコーン樹脂や低融点ガラスが
用いられる。また、ケース４０の周壁の一部にはダイア
フラム４１が形成され、このダイアフラム４１に作用す
る圧力をセンサチップ２０のダイアフラム２４に伝達す
るために、ケース４０と回路基板３０とシール４５とに
より囲まれた気密空間には不活性液体４２が充填され
る。つまり、本参考例も二重ダイアフラム方式を採用し
ている。この不活性液体４２により、センサチップ２０
に形成された歪ゲージ２２、配線パターン２８、バンプ
２９が空気に触れなくなり、これらの酸化による腐食を
防止することができる。

【００４３】（参考例４） 参考例１ ではケース４０を用いているが、図４に示すよ
うに、ケース４０に代えてセンサチップ２０の周部と回
路基板３０との間を気密的に封止するシリコーンゴムの
シール４６を設けてもよい。この場合に、検出すべき圧
力を受けるダイアフラム４１を設けるケース４０が存在
しないから、回路基板３０の一部に透孔３８を形成し、
透孔３８を塞ぐ形でダイアフラム４１を設ける。不活性
液体４２は、センサチップ２０と回路基板３０とシール
４６とに囲まれた気密空間に充填され、透孔３８はこの
気密空間に連通するように形成されるから、ダイアフラ
ム４１に作用した圧力は、不活性液体４２を介してセン
サチップ２０のダイアフラム２４に伝達される。つま
り、本参考例の構成も二重ダイアフラム方式になる。他
の構成および動作は参考例１と同様であり、本参考例に
おいても参考例３と同様に不活性液体４２を必要最小限
としながらもセンサチップ２０の導電路の腐食を防止す
ることができる。

【００４４】（実施形態１） 本実施形態は、図５に示すように、センサチップ２０に
形成されたダイアフラム２４と台座２５との間の空間に
圧力の検出対象となる流体を導入し、回路基板３０とケ
ース４０とに囲まれた空間を圧力基準室２７とした構成
を有する。すなわち、センサチップ２０は参考例１と同
様の構成を有し、耐熱ガラスの台座２５に陽極接合法に
よって接合される。センサチップ２０にはバンプ２９が
形成され、バンプ２９は回路基板３０に形成された回路
パターン３２に接合される。さらに、参考例１と同様に
有底筒状のケース４０がセンサチップ２０および台座２
５を覆う形で回路基板３０に封着される。

【００４５】ところで、本実施形態ではセンサチップ２
０のダイアフラム２４と台座２５との間の空間に圧力の
検出対象となる流体を導入するために、台座２５には厚
み方向の表裏に貫通した圧力導入孔２６が超音波ドリル
等を用いて形成される。また、台座２５はケース４０の
内底面にシリコーン樹脂などを用いて圧力導入孔２６の
部位を除いて気密的に接着される。したがって、ケース
４０からセンサ本体１への外力の伝達が接着部によって
緩和されることになる。また、ケース４０の高さ寸法を
適宜に設定すれば、センサ本体１にケース４０を被嵌し
てケース４０を回路基板３０に固定することによってバ
ンプ２９を回路パターン３２に押し付けることができ、
結果的にバンプ２９の電気的接続の信頼性を高めること
ができる。ケース４０には、圧力導入孔２６に連通する
圧力導入孔１６の形成された導入筒１５が上面に突出す
る。図５では導入筒１５に接続したチューブ４３を通し
て圧力検出対象となる流体を導入している。

【００４６】ここに、台座２５がケース４０に気密的に
接着されているから、センサチップ２０および台座２５
と回路基板３０とケース４０とに囲まれた空間は圧力導
入孔１６，２６とは分離されるが、ケース４０の底壁
（図５の上壁）の一部に通気孔４４が形成されているこ
とによって、圧力基準室２７の内部はほぼ大気圧に保た
れる。ただし、通気孔４４を形成せずに気密を保つよう
にし、圧力基準室２７には空気、窒素、希ガス（主とし
てアルゴン）などの適宜の気体を所望圧力で封入しても
よい。

【００４７】回路基板３０には、厚膜セラミック、シリ
コンウェハ、ポリイミド樹脂・エポキシ樹脂・ポリフェ
ニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）・液晶ポリマ（ＬＣ
Ｐ）のような合成樹脂、ガラス、銅・コバール・アルミ
ニウムのような金属などを用いることができる。ただ
し、金属を回路基板３０に用いる場合には回路パターン
３２との間に絶縁が必要であるから、金属の表面にガラ
スエポキシなどを絶縁層として被着しておく。また、こ
れらの回路基板３０の基板材料はとくに限定する主旨で
はなく、一般に使用可能な材料を列挙しているだけであ
る。これらの基板材料は、以下に示す実施形態でも回路
基板３０に使用することができる。

【００４８】他の構成および効果は参考例１と同様であ
り、センサチップ２０に設けたバンプ２９を回路基板３
０の回路パターン３２にフェイスダウンボンディングに
よって接合しているから、リードフレームを用いている
従来構成に比較して小型で実装スペースが小さくなるの
である。 （実施形態２） 本実施形態では、図６に示すように、センサチップ２０
のダイアフラム２４とセンサチップ２０に接合された台
座２５との間に圧力基準室２７を設けてある。つまり、
センサチップ２０と台座２５とは参考例１と同様の構成
になる。

【００４９】一方、センサチップ２０および台座２５を
収納する容器は、回路基板３０と回路基板３０の厚み方
向の両面に被着された一対の蓋板３３，３４とにより形
成される。すなわち、回路基板３０にはセンサチップ２
０と台座２５との合計の厚みよりも厚み寸法の大きいも
のを用いており、回路基板３０の一部には厚み方向に貫
設された収納孔３５が形成される。また、回路基板３０
の一面に回路パターン３２を形成する導電体は後述する
リード片１７を形成できる程度厚みを有する。上述した
蓋板３３，３４は、収納孔３５を塞ぐ形で回路基板３０
に対して接着剤により気密的に固着される。回路基板３
０のうち回路パターン３２が形成されていない一面に固
着される蓋板３３は平板状であって、回路パターン３２
が形成されている一面に固着される蓋板３４には、収納
孔３５にほぼ一致する開口を有する凹所３６が形成され
ている。回路基板３０への蓋板３３，３４の固着に際し
ては接着剤を用いているが、金属材料を用いる場合には
半田付けあるいは溶接を行なってもよい。とくに、蓋板
３３をコバールによって形成すれば台座２５との熱膨張
率の差が小さいから、回路基板３０の熱膨張による応力
が台座２５に作用しにくくなり、圧力の測定が高精度か
つ安定して行なえることになる。しかして、回路基板３
０は回路パターン３２の一部を収納孔３５の開口面に沿
って収納孔３５の内周側に突出させた形状に形成され、
回路パターン３２における突出部位はリード片１７とし
て機能する。つまり、リード片１７にはセンサチップ２
０に突設されたバンプ２９が収納孔３５の内側から接合
され、センサチップ２０に接合されている台座２５に対
して収納孔３５を塞ぐ蓋板３３が接着剤により固着され
る。この構造によって、バンプ２９に作用する機械的応
力がリード片１７の弾性により緩和されセンサ本体１に
ストレスが加わりにくくなる。また、台座２５の外周面
と収納孔３５の内周面との間には絶縁材料の応力緩和材
３７が充填される。応力緩和材３７にはシリコーン樹脂
などのゲル状材料を用いてあり、振動や衝撃などの外力
を応力緩和材３７によって低減することができる。もち
ろん、外力がほとんど作用しない環境で使用する場合に
は、応力緩和材３７は必ずしも設けなくてもよい。

【００５０】蓋板３３の固着後に凹所３６を収納孔３５
に合致させた形で蓋板３４を回路基板３０に気密的に固
着すれば、回路基板３０と蓋板３３，３４とによりセン
サチップ２０を収納するケースが形成されることにな
る。つまり、センサチップ２０および台座２５の機械的
保護がなされる。しかも、センサチップ２０と台座２５
とは回路基板３０の厚み寸法程度の範囲内に収納される
ことになり、実装スペースを大幅に小さくすることがで
きる。ここにおいて、蓋板３４には圧力導入孔１６が形
成され、圧力導入孔１６から導入された流体の圧力がセ
ンサチップ２０のダイアフラム２４に作用して圧力の検
出が可能になるのである。つまり、この構成の圧力セン
サは、回路基板３０を測定対象となる流体内に配置する
ことによって圧力の測定が可能となるものである。

【００５１】上記実施形態では、リード片１７が回路パ
ターン３２の一部を延長して形成されているが、別に設
けた導電性の小片（ビームリード）を収納孔３５の周囲
の回路パターン３２に接続したり、ポリイミドフィルム
に薄くメタライズしたもの（ＴＡＢフィルム）を回路パ
ターン３２に接続したりすることによってもリード片１
７を形成することができる。この場合には、回路パター
ン３２はリード片１７を形成することができるほどの厚
みは不要であり薄肉のものでよい。また、台座２５を蓋
板３３に接着剤によって接着しているが、台座２５を省
略し蓋板３３をガラス材料により形成することによっ
て、センサチップ２０を陽極接合法により台座２５に接
合してもよい。他の構成および効果は参考例１と同様で
ある。

【００５２】（参考例５） 上記各実施形態ではセンサチップ２０を台座２５に接合
するものであったが、本参考例では図７に示すように、
センサチップ２０の内部に空洞５１を形成することによ
って、空洞５１の上部をダイアフラム２４として機能さ
せる構成を採用している。

【００５３】さらに具体的に説明すると、ｎ形の単結晶
シリコンよりなる半導体基板２３の上面中央部を正方形
状に窒化して窒化シリコン膜（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）を形成し、
窒化シリコン膜の周囲の適所にエッチング孔５２を形成
し、エッチング孔５２からエッチング液を導入して異方
性エッチングを施すことにより、窒化シリコン膜の裏面
側に逆ピラミッド状の空洞５１を形成するのである。こ
の構造によって、空洞５１の上面側の窒化シリコン膜を
ダイアフラム２４として利用することが可能になる。空
洞５１が形成された後、エッチング液を洗浄し空洞５１
の排気を行なってプラズマＣＶＤによって膜を形成する
ことによりエッチング孔５２を封止する。つまり、空洞
５１は真空の圧力基準室２７を形成する。上述のように
して形成されたダイアフラム２４の上面には歪ゲージ２
２が形成され、また歪ゲージ２２はアルミニウムの薄膜
による配線パターン２８に接続される。

【００５４】ところで、回路基板３０の回路パターン３
２に接続されるバンプ２９はセンサチップ２０の下面側
に突設される。一方、上述のように配線パターン２８は
半導体基板２３の上面に形成されるから、配線パターン
２８とバンプ２９とを電気的に接続するために、本参考
例では半導体基板２３の内部に導電路５３を形成してい
る。すなわち、導電路５３はｐ⁺形半導体により形成さ
れており、この導電路５３はサーモマイグレーション法
により形成される。すなわち、ｎ形である半導体基板２
３の上面にアルミニウムを蒸着しておき、半導体基板２
３を約１０００℃に加熱するとともに、半導体基板２３
の上面よりも下面が高温になるように５０℃／ｃｍ程度
の温度勾配を与える。このような方法で加熱すれば、ア
ルミニウムは溶融し半導体基板２３の中でシリコンを溶
解しながら下面側に進み、アルミニウムを含んだｐ⁺形
半導体が再結晶化して導電路５３が形成されるのであ
る。半導体基板２３の裏面に表出したｐ⁺形半導体の表
面にはメタライジングを施して銅などの金属薄膜を形成
し、この金属薄膜の表面にバンプ２９を形成するのであ
る。

【００５５】バンプ２９を形成した後には、回路基板３
０の回路パターン３２にフェイスダウンボンディングに
よって接合する。すなわち、回路基板３０に他の部品と
ともに組み付け、リフロー等の方法で回路パターン３２
に接続する。この構成はベアチップの状態で回路基板３
０に実装されるから、実装スペースを非常に小さくする
ことができる。また、センサ本体１のうち回路基板３０
との対向面とは反対側の面（図中の上面）に配線パター
ン２８が露出するから、導電検査用のプローブなどを配
線パターン２８と回路パターン３２とに接触させること
によって、センサ本体１の回路パターン３２への接続状
態を容易に検査することができる。さらに、歪ゲージ２
２が上面に露出していることにより、レーザトリミング
などを施して動作特性を調整することも可能である。こ
のような検査の容易さや動作特性の調整の容易さは、以
下の実施形態においても実現される。他の構成および動
作は参考例１と同様である。

【００５６】（実施形態３） 本実施形態は、図８のように、参考例１などに示したセ
ンサチップ２０と同様に、中央部に薄肉のダイアフラム
２４を形成したセンサチップ２０を用いている。ただ
し、台座２５は設けておらず、センサチップ２０の周部
の厚肉部分に参考例５と同様の方法で形成された導電路
５３を有している。すなわち、ダイアフラム２４の上面
には歪ゲージ２２を形成し、センサチップ２０の上面に
はアルミニウムによる配線パターン２８を形成してあ
る。また、バンプ２９はセンサチップ２０の厚肉部分の
下面に形成してあり、配線パターン２８とバンプ２９と
の間をｐ⁺形の導電路５３で導通させるのである。

【００５７】上述のように形成されたベアチップ状の圧
力センサは、回路基板３０の回路パターン３２に対して
バンプ２９をフェイスダウンボンディング法によって接
合し他の部品とともに回路基板３０に実装される。ここ
で、バンプ２９の存在によって回路基板３０とセンサチ
ップ２０との間に隙間が形成されるから、この隙間には
合成樹脂の応力緩和材５４を充填する。たとえば液状の
シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などをディスペンサなど
を用いて上記隙間付近に塗布すれば、表面張力によって
上記隙間に浸透するから、その後に加熱硬化させれば弾
性を有した応力緩和材５４を形成することができる。ま
た、応力緩和材５４を形成する合成樹脂としては加熱硬
化するもののほか、光硬化型（紫外線硬化型、可視光硬
化型）の合成樹脂を用いることもできる。応力緩和材５
４はセンサチップ２０の全周に亙って形成され、センサ
チップ２０の下面側と回路基板３０との間には応力緩和
材５４により封止された気密な圧力基準室２７が形成さ
れる。他の構成および動作は参考例１と同様である。

【００５８】（実施形態４） 本実施形態では、図９に示すように、参考例１と同様に
センサチップ２０を台座２５に接合してある。つまり、
センサチップ２０と台座２５との間に圧力基準室２７が
形成されている。センサチップ２０には、実施形態３と
同様に、中央部に薄肉のダイアフラム２４を形成し、周
部の厚肉部分にｐ⁺形半導体の導電路５３を形成してあ
る。ここで、バンプ２９は台座２５の下面に形成される
から、導電路５３とバンプ２９との電気的接続を行なう
ために、台座２５の内部にも導電路５５を形成する必要
がある。そこで、台座２５には貫通孔５６を形成し、貫
通孔５６の内周面およびセンサチップ２０の下面に露出
している導電路５３の表面にメタライゼーションを施す
ことによって導電路５５を形成する。なお、台座２５に
形成された貫通孔５６はセンサチップ２０に形成された
導電路５３に位置合わせされるのはもちろんのことであ
る。

【００５９】貫通孔５６は、放電加工ないしはレーザ加
工を施すことによって形成される。ここで採用する放電
加工は電解放電加工と称するものであって、センサチッ
プ２０を接合する前の台座２５に対して加工を施す。す
なわち、３５％程度の水酸化ナトリウム水溶液中に台座
２５を浸漬し、水溶液中に設けた白金電極と台座２５に
接触させた金属針との間に４０〜５０Ｖの直流電圧を印
加して放電させ、放電により生じる熱により台座２５を
エッチングするのである。また、レーザ加工に際して
は、炭酸ガスレーザのレーザ光（波長１０．６μｍ）が
シリコンを透過しガラスに吸収される性質を利用し、セ
ンサチップ２０を接合した状態での台座２５に対してレ
ーザ光を照射することによって、台座２５に選択的に貫
通孔５６を形成することができる。

【００６０】また、メタライゼーションは、クロム、
銅、金、アルミニウムなどを蒸着ないしスパッタリング
することであって、形成された金属の薄膜が導電路５５
として機能する。さらに、メタライゼーションによって
台座２５の下面に導電路５５に連続するランド５７を形
成し、このランド５７にバンプ２９を形成する。メタラ
イゼーションの際にアルミニウムを用いる場合には金や
導電性合成樹脂によってバンプ２９を形成し、他の金属
を用いる場合には上記材料以外に半田も用いることがで
きる。また、参考例１で説明したように、アルミニウム
と半田との間に中間金属層を形成する構成を採用するの
であれば、導電路５５がアルミニウムであってもランド
５７を中間金属層として半田のバンプ２９を形成するこ
とが可能である。他の構成は参考例５と同様であって、
センサチップ２０を台座２５に接合したベアチップの状
態で回路基板３０の回路パターン３２にバンプ２９を接
合するのである。また、ランド５７は不要であれば形成
しなくてもよい。

【００６１】（実施形態５） 本実施形態は、図１０に示すように、実施形態３と同様
の構成を有するが、センサチップ２０に形成した導電路
５３として、ｐ⁺形の半導体を用いるのではなく、実施
形態４の台座２５に形成した導電路５５と同様に、セン
サチップ２０に貫通孔５６を形成し、貫通孔５６の内周
面にメタライゼーションを施すことによって導電路５３
を形成しているものである。また、導電路５３の上端は
配線パターン２８に連続し、導電路５３の下端はセンサ
チップ２０の下面に形成された電極パッド５７に連続し
ている。ここで、半導体基板２３への導電路５３からの
電流リークが生じないように、貫通孔５６の内周面は酸
化されて酸化シリコンによる絶縁層が形成されており、
酸化シリコン層の上に導電路５３が形成される。したが
って、上述したｐ⁺形半導体を用いる場合に比較して電
流リークが少なく、しかも金属膜による導電路５３であ
るから電流容量が大きくなる。その結果、電流リークに
よる誤差がすくなく圧力の測定精度が高くなる。

【００６２】貫通孔５６の形成には、レーザ加工、集束
イオンビーム加工などが用いられる。レーザ加工では、
たとえばＹＡＧレーザのレーザ光（波長１．０６μｍ）
をセンサチップ２０に照射する。また、集束イオンビー
ム加工では、塩素ガス雰囲気で集束イオンビームを照射
する。集束イオンビームとしては、溶融状態のガリウム
をイオン源に用いている。

【００６３】メタライゼーションに用いる金属は、金、
タングステン、クロム、アルミニウムなどであって、蒸
着ないしスパッタリングにより上記金属の薄膜を形成
し、その薄膜を導電路５３として用いるのである。導電
路５３は、上述のように貫通孔５６の内周面にメタライ
ゼーションを施して形成するほか、貫通孔５６に導電性
合成樹脂や導電ペースト（銀ペーストなど）を充填する
ことによって形成してもよい。他の構成および動作は、
実施形態３と同様であって、回路基板３０の回路パター
ン３２にバンプ２９をフェイスダウンボンディングした
後に、回路基板３０とセンサチップ２０との隙間を全周
に亙って封止する応力緩和材５４を形成する。このよう
にして、回路基板３０とセンサチップ２０との間に気密
な圧力基準室２７が形成される。応力緩和材５４は実施
形態３と同様の合成樹脂を用いたり、低融点ガラスを用
いて形成される。

【００６４】なお、本実施形態にあってはバンプ２９を
形成せずに、電極パッド５７を半田（Ｐｂ−Ｓｎ系、Ａ
ｕ−Ｓｉ系など）や導電ペースト（銀ペースト、ニッケ
ルペースト、銅ペーストなど）を用いて回路基板３０の
回路パターン３２に接合してもよい。 （実施形態６） 実施形態３では、センサチップ２０と回路基板３０との
間の隙間に全周に亙って応力緩和材５４を充填すること
によって、センサチップ２０と回路基板３０との間に気
密な圧力基準室２７を形成していたが、本実施形態で
は、図１１に示すように、センサチップ２０の下面側に
平板状の蓋板６３を接合することによって、ダイアフラ
ム２４と蓋板６３との間に圧力基準室２７を形成してい
る。蓋板６３は耐熱ガラスのようなガラスにより形成さ
れ、蓋板６３の周部がセンサチップ２０に対して陽極接
合法によって接合される。バンプ２９は実施形態３と同
様にセンサチップ２０の下面に突設されるから、センサ
チップ２０には導電路５３が形成される。また、蓋板６
３をセンサチップ２０の下面に接合するから、バンプ２
９の突出量は蓋板６３の厚みよりも大きく設定される。
この構成により、バンプ２９がつぶれたとしても、蓋板
６３の厚み寸法よりも小さいなることがなく、回路パタ
ーン３２との接触面積を小さい状態に保つことができ、
また一部のバンプ２９がつぶれすぎることによるセンサ
本体１の傾きも防止できる。

【００６５】なお、上記実施形態では、蓋板６３はバン
プ２９からずれた位置に形成されているが、蓋板６３の
一部がバンプ２９に重複するような位置関係とし、バン
プ２９の通過する透孔を蓋板６３に形成しておいてもよ
い。

【００６６】

【発明の効果】請求項１の発明は、他の部位よりも薄肉
に形成され圧力を受けて撓むダイアフラムを有しダイア
フラム上の歪ゲージに電気的に接続された凸状電極が一
面に突出する板状のセンサ本体と、基材の表面に薄肉の
導電材による回路パターンが形成され周辺回路を構成す
る電子部品とともにセンサ本体が表面実装される回路基
板と、回路基板との間でセンサ本体を囲むように回路基
板に固着されたケースとを備え、回路パターンにはセン
サ本体の凸状電極の配列に一致するように配置された電
極パッドが形成され、電極パッドに対して凸状電極がフ
ェイスダウンボンディグにより接合され、センサ本体
は、半導体基板の厚み方向の一面の中央部に凹所が開口
することにより凹所の底壁をダイアフラムとするセンサ
チップと、上記凹所との間に空間を形成するようにセン
サチップの上記一面に気密的に接合された台座とからな
り、センサ本体に設けた台座がケースの内周面に固着さ
れたものであり、周辺回路を構成する電子部品とともに
回路基板に表面実装することができるから、作業性、生
産性が高くなるという利点がある。また、凸状電極を用
いて回路基板に実装する際に、半田の表面張力によって
センサ本体が電極パッドの位置に自動的に位置決めさ
れ、このことによっても実装作業が容易になるという効
果がある。さらに、センサ本体を回路基板にフェイスダ
ウンボンディングによって実装しているから、実装時の
実装面積や回路基板からの突出寸法が小さく周辺回路を
含む圧力センサ全体としての小型化が可能になるという
利点がある。さらに、周辺回路を構成する電子部品とセ
ンサ本体との距離が小さくなり雑音の影響を受けにくい
から感度を向上させることができ、また凸状電極を用い
て回路基板に実装していることにより回路基板との接触
面積が比較的小さく、しかも凸状電極がある程度変形可
能であるから、センサ本体と回路基板との熱膨張率の差
による熱応力を緩和することができ、温度特性に優れた
半導体圧力センサを得ることができるという利点があ
る。また、センサチップと台座との間に空間を形成する
ことによって、この空間を真空にすれば絶対圧を検出す
ることができ、またこの空間に被測定圧力を導入してセ
ンサ本体の周囲圧力との相対圧を検出することもできる
という効果がある。また、センサ本体を回路基板とケー
スとにより囲 んでいるから、センサ本体の全周を収納す
るようなパッケージが不要であって、パッケージコスト
を低減することができるという効果がある。ケースにセ
ンサ本体が固着され、またケースが回路基板に固着され
ているから、凸状電極のみによって回路基板に接合して
いる場合に比較するとセンサ本体の固定強度を向上させ
ることができるという効果がある。また、センサ本体と
ケースおよびケースと回路基板のそれぞれの固着部位に
弾性材料を用いれば、凸状電極に作用する応力を固着部
分で分散緩和することができ、凸状電極の接触状態を安
定に保つことができるという効果がある。さらに、ケー
スの回路基板からの高さ寸法を適宜に設定すれば、ケー
スによってセンサ本体を回路基板側に押し付けることで
凸状電極の回路基板への接続状態を安定させることが可
能であるという効果がある。

【００６７】

【００６８】

【００６９】

【００７０】請求項２の発明は、他の部位よりも薄肉に
形成され圧力を受けて撓むダイアフラムを有しダイアフ
ラム上の歪ゲージに電気的に接続された凸状電極が一面
に突出する板状のセンサ本体と、基材の表面に薄肉の導
電材による回路パターンが形成され周辺回路を構成する
電子部品とともにセンサ本体が表面実装される回路基板
とを備え、回路パターンにはセンサ本体の凸状電極の配
列に一致するように配置された電極パッドが形成され、
電極パッドに対して凸状電極がフェイスダウンボンディ
グにより接合され、センサ本体は、半導体基板の厚み方
向の一面の中央部に凹所が開口することにより凹所の底
壁をダイアフラムとするセンサチップと、上記凹所との
間に空間を形成するようにセンサチップの上記一面に気
密的に接合された台座とからなり、センサチップは第１
導電形半導体により形成され、センサチップのうちダイ
アフラムの周部には高濃度の第２導電形半導体よりなる
第１の導電路が形成され、台座には第１導電路に対応す
る部位に貫設された貫通孔の内周にメタライゼーション
を施すことによって第１の導電路に電気的に接続された
第２の導電路が形成され、センサチップに設けた歪ゲー
ジと台座の一面に突設された凸状電極とが第１導電路お
よび第２導電路を介して電気的に接続されているもので
あり、周辺回路を構成する電子部品とともに回路基板に
表面実装することができるから、作業性、生産性が高く
なるという利点がある。また、凸状電極を用いて回路基
板に実装する際に、半田の表面張力によってセンサ本体
が電極パッドの位置に自動的に位置決めされ、このこと
によっても実装作業が容易になるという効果がある。さ
らに、センサ本体を回路基板にフェイスダウンボンディ
ングによって実装しているから、実装時の実装面積や回
路基板からの突出寸法が小さく周辺回路を含む圧力セン
サ全体としての小型化が可能になるという利点がある。
さらに、周辺回路を構成する電子部品とセンサ本体との
距離が小さくなり雑音の影響を受けにくいから感度を向
上させることができ、また凸状電極を用いて回路基板に
実装していることにより回路基板との接触面積が比較的
小さく、しかも凸状電極がある程度変形可能であるか
ら、センサ本体と回路基板との熱膨張率の差による熱応
力を緩和することができ、温度特性に優れた半導体圧力
センサを得ることができるという利点がある。また、セ
ンサチップと台座との間に空間 を形成することによっ
て、この空間を真空にすれば絶対圧を検出することがで
き、またこの空間に被測定圧力を導入してセンサ本体の
周囲圧力との相対圧を検出することもできるという効果
がある。またセンサ本体において歪ゲージを設けている
面とは反対側の面に凸状電極を設けているから、凸状電
極からセンサ本体への応力がダイアフラムに作用しにく
く安定した精度の高い圧力測定が可能になるという利点
がある。また、センサ本体における回路基板との対向面
とは反対側の面に歪ゲージが露出するから、歪ゲージ側
に導電検査用のプローブを接触させることでセンサ本体
の実装後に凸状電極と回路基板との接続状態を検査する
ことができ、さらに歪ゲージをレーザ光でトリミングす
るなどすることによってセンサ本体の実装後に歪ゲージ
の特性を調整することも可能になるという利点がある。

【００７１】請求項３の発明は、他の部位よりも薄肉に
形成され圧力を受けて撓むダイアフラムを有しダイアフ
ラム上の歪ゲージに電気的に接続された凸状電極が一面
に突出する板状のセンサ本体と、センサ本体よりも厚み
が大きい基材の表面に薄肉の導電材による回路パターン
が形成され周辺回路を構成する電子部品が実装される回
路基板と、回路基板の厚み方向に貫設した収納孔に収納
されるセンサ本体を一面に固着した形で収納孔の一方の
開口面を閉塞するように回路基板に固着された第１の蓋
板と、収納孔の他方の開口面を閉塞するように回路基板
に固着された第２の蓋板とからなり、回路パターンの一
部は収納孔の開口内に延長されるとともにセンサ本体の
凸状電極の配列に一致するように配置されたリード片を
形成し、リード片に対して凸状電極が収納孔の内側から
接合されているものであり、センサ本体を回路基板の厚
み寸法内に実装しているから、センサ本体の実装スペー
スを大幅に小さくすることができるという利点がある。
また、リード片は収納孔の内側に突設されているから、
リード片の弾性によって凸状電極に作用する応力を緩和
することができ、さらに蓋板によって収納孔を覆ってい
ることにより、必要に応じて蓋板に回路部品を実装する
ことも可能であって周辺回路を含む実装効率が高くなる
という利点がある。

【００７２】請求項４の発明では、収納孔の内周面とセ
ンサ本体の外周面との間に形成される隙間の少なくとも
一部にゲル状の応力緩和材が充填されているから、セン
サ本体への振動や衝撃を緩和することができるという利
点がある。

【００７３】請求項５の発明は、他の部位よりも薄肉に
形成され圧力を受けて撓むダイアフラムを有しダイアフ
ラム上の歪ゲージに電気的に接続された凸状電極が一面
に突出する板状のセンサ本体と、基材の表面に薄肉の導
電材による回路パターンが形成され周辺回路を構成する
電子部品とともにセンサ本体が表面実装される回路基板
とを備え、回路パターンにはセンサ本体の凸状電極の配
列に一致するように配置された電極パッドが形成され、
電極パッドに対して凸状電極がフェイスダウンボンディ
グにより接合され、半導体基板の厚み方向の一面の中央
部に凹所が開口することにより凹所の底壁をダイアフラ
ムとするセンサチップをセンサ本体とし、センサチップ
のうちダイアフラムの周部にはセンサ本体の厚み方向に
貫通する導電路が形成され、センサチップの上記一面に
は導電路を介して歪ゲージと電気的に接続された凸状電
極が突設され、センサチップの周部と回路基板との間に
は凹所と回路基板との間の空間を気密的に封止するとと
もに凸状電極の応力を緩和する応力緩和材が充填されて
いるものであり、請求項２の発明と同様の効果を奏する
とともに、センサチップの周部と回路基板との間に応力
緩和材を充填することによって凹所と回路基板との間に
気密空間を形成していることにより、センサチップに台
座を接合する必要がなく、材料コストを低減することが
できるという利点がある。しかも、応力緩和材は凸状電
極を支持することでセンサチップの回路基板への固定強
度を高め、かつセンサチップに作用する応力を緩和する
ことによって安定した精度のよい圧力測定を可能にする
という利点がある。

【００７４】請求項６の発明は、他の部位よりも薄肉に
形成され圧力を受けて撓むダイアフラムを有しダイアフ
ラム上の歪ゲージに電気的に接続された凸状電極が一面
に突出する板状のセンサ本体と、基材の表面に薄肉の導
電材による回路パターンが形成され周辺回路を構成する
電子部品とともにセンサ本体が表面実装される回路基板
とを備え、回路パターンにはセンサ本体の凸状電極の配
列に一致するように配置された電極パッドが形成され、
電極パッドに対して凸状電極がフェイスダウンボンディ
グにより接合され、半導体基板の厚み方向の一面の中央
部に凹所が開口することにより凹所の底壁をダイアフラ
ムとするセンサチップをセンサ本体とし、センサチップ
のうちダイアフラムを囲む周部にはセンサ本体の厚み方
向に貫通する導電路が形成され、センサチップの上記一
面には導電路を介して歪ゲージと電気的に接続された凸
状電極が突設され、センサチップには凸状電極のセンサ
チップからの突出寸法よりも厚み寸法が小さくかつ凹所
を気密的に封止する蓋板が固着されているものであり、
請求項２と同様の効果を奏するとともに、凸状電極の突
出寸法内で蓋板を設けていることにより台座を設ける場
合に比較すればセンサ本体の厚み寸法を小さくすること
ができるという利点がある。また、凸状電極が実装時に
変形しても凸状電極のセンサ本体からの突出寸法は蓋板
の厚み寸法よりも小さくなることはないから、凸状電極
を回路基板との接触面積が小さい状態に保つことがで
き、凸状電極による応力緩和の効果を維持することがで
きるという利点がある。

【００７５】請求項７の発明では、センサチップが第１
導電形半導体により形成され、導電路は高濃度の第２導
電形半導体により形成されているのであり、導電路を半
導体の製造プロセスによって形成することができるから
製造が容易になるという利点がある。請求項８の発明で
は、導電路はセンサチップを形成する半導体基板に貫設
した貫通孔の内周面に絶縁層を介してメタライゼーショ
ンを施すことにより形成されているのであり、絶縁層に
よって電流リークを低減することができ、しかもメタラ
イゼーションした金属によって導電路の導電性を高くす
ることができるという利点があり、結果的に、圧力測定
の感度が高まるとともに測定精度が向上することにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】参考例１を示す断面図である。

【図２】参考例２を示す断面図である。

【図３】参考例３を示す断面図である。

【図４】参考例４を示す断面図である。

【図５】実施形態１を示す断面図である。

【図６】実施形態２を示す断面図である。

【図７】参考例５を示す断面図である。

【図８】実施形態３を示す断面図である。

【図９】実施形態４を示す断面図である。

【図１０】実施形態５を示す断面図である。

【図１１】実施形態６を示す断面図である。

【図１２】従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ センサ本体 ２ 電子部品 １７ リード片 ２０ センサチップ ２２ 歪ゲージ ２４ ダイアフラム ２５ 台座 ２９ バンプ ３０ 回路基板 ３２ 回路パターン ３３ 蓋板 ３４ 蓋板 ３５ 収納孔 ３７ 応力緩和材 ４０ ケース ４１ ダイアフラム ４２ 不活性液体 ５１ 空洞 ５３ 導電路 ５４ 応力緩和材 ５５ 導電路 ５６ 貫通孔 ６３ 蓋板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高見 茂成 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (72)発明者 酒井 孝昌 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−107682（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−1962（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−312980（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−164647（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−302834（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−65332（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−26933（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−264264（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−79938（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−65627（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−180738（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−129159（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 9/04 H01L 29/84

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 他の部位よりも薄肉に形成され圧力を受
   けて撓むダイアフラムを有しダイアフラム上の歪ゲージ
   に電気的に接続された凸状電極が一面に突出する板状の
   センサ本体と、基材の表面に薄肉の導電材による回路パ
   ターンが形成され周辺回路を構成する電子部品とともに
   センサ本体が表面実装される回路基板と、回路基板との
   間でセンサ本体を囲むように回路基板に固着されたケー
   スとを備え、回路パターンにはセンサ本体の凸状電極の
   配列に一致するように配置された電極パッドが形成さ
   れ、電極パッドに対して凸状電極がフェイスダウンボン
   ディグにより接合され、センサ本体は、半導体基板の厚
   み方向の一面の中央部に凹所が開口することにより凹所
   の底壁をダイアフラムとするセンサチップと、上記凹所
   との間に空間を形成するようにセンサチップの上記一面
   に気密的に接合された台座とからなり、センサ本体に設
   けた台座がケースの内周面に固着されていることを特徴
   とする半導体圧力センサ。
2. 【請求項２】 他の部位よりも薄肉に形成され圧力を受
   けて撓むダイアフラムを有しダイアフラム上の歪ゲージ
   に電気的に接続された凸状電極が一面に突出する板状の
   センサ本体と、基材の表面に薄肉の導電材による回路パ
   ターンが形成され周辺回路を構成する電子部品とともに
   センサ本体が表面実装される回路基板とを備え、回路パ
   ターンにはセンサ本体の凸状電極の配列に一致するよう
   に配置された電極パッドが形成され、電極パッドに対し
   て凸状電極がフェイスダウンボンディグにより接合さ
   れ、センサ本体は、半導体基板の厚み方向の一面の中央
   部に凹所が開口することにより凹所の底壁をダイアフラ
   ムとするセンサチップと、上記凹所との間に空間を形成
   するようにセンサチップの上記一面に気密的に接合され
   た台座とからなり、センサチップは第１導電形半導体に
   より形成され、センサチップのうちダイアフラムの周部
   には高濃度の第２導電形半導体よりなる第１の導電路が
   形成され、台座には第１導電路に対応する部位に貫設さ
   れた貫通孔の内周にメタライゼーションを施すことによ
   って第１の導電路に電気的に接続された第２の導電路が
   形成され、センサチップに設けた歪ゲージと台座の一面
   に突設された凸状電極とが第１導電路および第２導電路
   を介して電気的に接続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３】 他の部位よりも薄肉に形成され圧力を受
   けて撓むダイアフラムを有しダイアフラム上の歪ゲージ
   に電気的に接続された凸状電極が一面に突出する板状の
   センサ本体と、センサ本体よりも厚みが大きい基材の表
   面に薄肉の導電材による回路パターンが形成され周辺回
   路を構成する電子部品が実装される回路基板と、回路基
   板の厚み方向に貫設した収納孔に収納されるセンサ本体
   を一面に固着した形で収納孔の一方の開口面を閉塞する
   ように回路基板に固着された第１の蓋板と、収納孔の他
   方の開口面を閉塞するように回路基板に固着された第２
   の蓋板とからなり、回路パターンの一部は収納孔の開口
   内に延長されるとともにセンサ本体の凸状電極の配列に
   一致するように配置されたリード片を形成し、リード片
   に対して凸状電極が収納孔の内側から接合されているこ
   とを特徴とする半導体圧力センサ。
4. 【請求項４】 収納孔の内周面とセンサ本体の外周面と
   の間に形成される隙間の少なくとも一部にゲル状の応力
   緩和材が充填されていることを特徴とする請求項３記載
   の半導体圧力センサ。
5. 【請求項５】 他の部位よりも薄肉に形成され圧力を受
   けて撓むダイアフラムを有しダイアフラム上の歪ゲージ
   に電気的に接続された凸状電極が一面に突出する板状の
   センサ本体と、基材の表面に薄肉の導電材による回路パ
   ターンが形成され周辺回路を構成する電子部品とともに
   センサ本体が表面実装される回路基板とを備え、回路パ
   ターンにはセンサ本体の凸状電極の配列に一致するよう
   に配置された電極パッドが形成され、電極パッドに対し
   て凸状電極がフェイスダウンボンディグにより接合さ
   れ、センサ本体は半導体基板の厚み方向の一面の中央部
   に凹所が開口することにより凹所の底壁をダイアフラム
   とするセンサチップであって、センサチップのうちダイ
   アフラムの周部にはセンサ本体の厚み方向に貫通する導
   電路が形成され、センサチップの上記一面には導電路を
   介して歪ゲージと電気的に接続された凸状電極が突設さ
   れ、センサチップの周部と回路基板との間には凹所と回
   路基板との間の空間を気密的に封止するとともに凸状電
   極の応力を緩和する応力緩和材が充填されていることを
   特徴とする半導体圧力センサ。
6. 【請求項６】 他の部位よりも薄肉に形成され圧力を受
   けて撓むダイアフラムを有しダイアフラム上の歪ゲージ
   に電気的に接続された凸状電極が一面に突出 する板状の
   センサ本体と、基材の表面に薄肉の導電材による回路パ
   ターンが形成され周辺回路を構成する電子部品とともに
   センサ本体が表面実装される回路基板とを備え、回路パ
   ターンにはセンサ本体の凸状電極の配列に一致するよう
   に配置された電極パッドが形成され、電極パッドに対し
   て凸状電極がフェイスダウンボンディグにより接合さ
   れ、センサ本体は半導体基板の厚み方向の一面の中央部
   に凹所が開口することにより凹所の底壁をダイアフラム
   とするセンサチップであって、センサチップのうちダイ
   アフラムを囲む周部にはセンサ本体の厚み方向に貫通す
   る導電路が形成され、センサチップの上記一面には導電
   路を介して歪ゲージと電気的に接続された凸状電極が突
   設され、センサチップには凸状電極のセンサチップから
   の突出寸法よりも厚み寸法が小さくかつ凹所を気密的に
   封止する蓋板が固着されて成ることを特徴とする半導体
   圧力センサ。
7. 【請求項７】 センサチップが第１導電形半導体により
   形成され、導電路は高濃度の第２導電形半導体により形
   成されていることを特徴とする請求項５または請求項６
   記載の半導体圧力センサ。
8. 【請求項８】 導電路はセンサチップを形成する半導体
   基板に貫設した貫通孔の内周面に絶縁層を介してメタラ
   イゼーションを施すことにより形成されていることを特
   徴とする請求項５または請求項６記載の半導体圧力セン
   サ。