JP3498695B2 - Semiconductor pressure sensor - Google Patents

Semiconductor pressure sensor

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JP3498695B2
JP3498695B2 JP2000303656A JP2000303656A JP3498695B2 JP 3498695 B2 JP3498695 B2 JP 3498695B2 JP 2000303656 A JP2000303656 A JP 2000303656A JP 2000303656 A JP2000303656 A JP 2000303656A JP 3498695 B2 JP3498695 B2 JP 3498695B2
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智宏 井上
充弘 可児
茂成 高見
芳正 檜村
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【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、ダイアフラムを有
する半導体圧力センサーチップを備えたプリモールドパ
ッケージ形式の半導体圧力センサーに関する。 【0002】 【従来の技術】従来のプリモールドパッケージ形式(リ
ードフレームを熱可塑性樹脂により一体成形してからチ
ップの固定、ワイヤボンドを行う形式)の半導体圧力セ
ンサーの一例を、図6に基づいて説明する。図6は、半
導体圧力センサーの断面図である。図において、1は半
導体圧力センサーチップであり、このものは、略平板状
をなし、後述するダイアフラム1aを備えている。2は
ガラス台座であり、このものは、略中央に縦方向の貫通
孔2aを有しており、貫通孔2aの表面側の開口を塞ぐ
ようにして上面に半導体圧力センサーチップ1を接合し
ている。従って、この貫通孔2aは、半導体圧力センサ
ーチップ1に連通する。3はボディであり、このもの
は、半導体圧力センサーチップ1とガラス台座2を収納
する凹部3aと、凹部3aの底部に形成された略筒状の
圧力導入部3bと、を備えており、この圧力導入部3b
には縦方向の貫通孔3cが設けてある。そして、貫通孔
2aの裏面側開口の周辺部分に塗布されたエポキシ樹脂
等の接着剤4により、凹部3aの底面にガラス台座2を
直接、接着している。従って、圧力導入部3b(詳しく
は、貫通孔3c)は、ガラス台座2の貫通孔2aに連通
し、ダイアフラム1aには貫通孔2a及び圧力導入部3
bを介して外部雰囲気の圧力が印加される。5はリード
フレームであり、このものは、ボディに一体成型され
る。6はボンディングワイヤであり、このものは、リー
ドフレーム5と半導体圧力センサーチップ1とを電気的
に接続する。7は蓋であり、このものは、ボディ3の凹
部3aの開口を塞ぐ。 【0003】前述した半導体圧力センサーチップ1のダ
イアフラム1aは、気体又は液体の圧力を検知する部分
であり、シリコン結晶で構成され、その表面の所定の位
置には、不純物が拡散された歪ゲージ8が形成されてい
る。この歪ゲージ8は、外部雰囲気の圧力が印加されて
ダイアフラム1aが変形するとピエゾ抵抗効果により電
気抵抗が変化するものであり、これにより圧力を検知す
ることができる。 【0004】また、半導体圧力センサーチップ1は、熱
応力の発生を低減するため、結晶化したガラス台座2
に、溶接又は陽極接合法等により金属的に接合されてい
る。一方、ボディ3は、耐熱性、リードフレーム5との
密着性、流動性の点より、PPS(ポリフェニレンスル
フィド)又はLCP(サーモトロピック液晶ポリマー)
により構成されるプリモールドのパッケージである。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】ところで、ボディ3の
材料であるPPS又はLCPは、規則正しい結晶配向を
有する結晶性プラスチックであり、単位断面積当たりの
高分子鎖数の多い密な構造を有するので、他の材料との
反応性に乏しく接着性が悪い難接着材料である。 【0006】一方、接着剤4は、無溶剤でアウトガスの
発生のない、低応力の熱硬化性のダイボンド剤が用いら
れる。これは、ダイアフラム1aに形成されたピエゾ抵
抗8に印加される応力ストレスを低減し、感度又は繰り
返し精度の向上及びオフセットの温度依存性を小さくす
るためである。接着剤4の材料としては、硬化物がエラ
ストマー状で応力緩和のできるシリコーン樹脂製のもの
又はシリカ又はZnOのフィラが含有された無溶剤の低
応力エポキシ樹脂製のものがある。 【0007】接着剤4におけるシリコーン樹脂製のもの
とエポキシ樹脂製のものは、その特徴に応じて次のよう
に使い分ける。すなわち、微圧用(約0.1kg/cm
2 )から中圧用(約10kg/cm2 )の定格圧力範囲
では、ダイアフラム1aの厚さが約15〜60μmと薄
いため、接着剤4の熱硬化時の収縮応力による内部残留
応力の低減、あるいはガラス台座2の熱膨張率(約3.
2×10-6℃/cm)とボディ3の熱膨張率(5〜6×
10-6℃/cm)との差から発生する熱応力を低減する
ことが必要であり、半導体圧力センサーチップ1への悪
影響を減らすために主としてシリコーン樹脂製のものが
用いられる。 【0008】一方、中圧用(約10kg/cm2)から
高圧用(約100kg/cm2)の定格圧力範囲では、
主としてエポキシ樹脂製のものが用いられる。これは、
エポキシ樹脂製のものの接着力が、シリコーン樹脂製の
ものでは約10kg/cm2であるのに対し、約100
kg/cm2程度と非常に大きく、かつダイアフラム1
aの厚さが約60〜150μmと比較的厚く、接着剤4
に起因する応力の影響が少ないので、熱膨張率の差によ
る応力や熱硬化時に発生する応力がかなり大きくても使
用できるのである。 【0009】また、このように接着剤を使い分けてガラ
ス台座2とボディ3を接着するとき、接着性が非常に重
要である。すなわち、ボディ3は、PPSの場合約15
0℃、LCPの場合約70〜120℃の金型温度でそれ
ぞれ成型されるが、これらの樹脂の飽和結晶化度は約4
0〜50%であって完全に硬化しておらず、ボディ3か
らガスが発生する。このガスは、PPSの場合、硫黄分
を含むガス、すなわち、H2S又はCOS又はSO2等で
あり、これらはシリコーン樹脂製の接着剤の硬化阻害の
要因となる。 【0010】ここで、硬化阻害について説明すると、シ
リコーン樹脂の成分は、ビニル基含有オルガノポリシロ
キサン、オルガノハイドロジェンポリシロキサン、白金
化合物触媒を主剤とするものであるが、硬化するときの
付加反応において、白金触媒に対し、ビニル基よりも強
く配位する化合物である硫黄及び硫黄化合物、リン及び
リン化合物、アミン化合物、有機すず及びその化合物が
存在すると付加反応の中間体が生成されず、硬化が進行
しないという硬化不良の現象が発生する。これが、硬化
阻害という現象である。 【0011】また、PPS中の硫黄成分も硬化阻害の要
因となり、樹脂組成そのものの影響も無視できない。従
って、シリコーン樹脂製の接着剤とボディの接着部分で
界面剥離が生じたり、未硬化部分が残ったり、PPSか
らのガスによりボイドが生成されたりしてガラス台座2
の接着強度が著しく低下し、破壊耐圧が劣化するという
問題点があった。 【0012】LCPの場合は、フェノール又はP−ヒド
ロキシ安息香酸フェニル等のガスが発生する。発生ガス
中には、硫黄分は含まれておらず、発生ガスの量(体
積)もPPSに比べると少ない(200℃で約5〜15
%)。しかし、LCPから発生するガスにより、接着界
面でボイドが発生することはPPSの場合と同様である
うえに、分子に剛直な直線状の分子鎖を持つ非常に緻密
な構造であるため、PPSよりも接着剤との接着性が悪
いという問題点があった。 【0013】一方、接着剤4に低応力のエポキシ樹脂製
のものを用いた場合は、ボディ3を構成するPPS又は
LCPから発生するガスによる硬化阻害の影響を受ける
ことはないが、ガスによりボイドが生成されてやはり接
着剤4の接着界面での剥離又は接着強度の劣化を引き起
こすという問題点があった。また、前述したように、微
圧用から中圧用の定格圧力範囲の半導体圧力センサーに
は適していない。 【0014】本発明は、かかる事由に鑑みてなしたもの
であり、その目的とするところは、ガラス台座とボディ
の接着性を向上させ、過大圧力への対応を容易にし、特
に、微圧用から中圧用の定格圧力範囲のプリモールドパ
ッケージ形式の半導体センサーにおいて、感度や繰り返
し精度の向上、オフセットの温度依存性の低減が図れる
半導体圧力センサーを提供することにある。 【0015】 【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項1記載の半導体圧力センサーは、上面に半導
体圧力センサーチップを接合し半導体圧力センサーチッ
プに連通する貫通孔を有したガラス台座と、半導体圧力
センサーチップ及びガラス台座を収納する凹部とこの凹
部の底部にガラス台座の貫通孔に連通する圧力導入部を
備えたPPS又はLCPにより形成されるボディと、ボ
ディの凹部の底部とガラス台座の下面の間に配設され両
者の圧力導入部及び貫通孔に連通する貫通孔を有してガ
ラス又は金属材料により形成されたプレートと、ボディ
に一体成型されたリードフレームと、半導体圧力センサ
ーチップとリードフレームを電気的に接続するボンディ
ングワイヤと、ボディの凹部の開口を塞ぐ蓋と、を有し
てなり、先に前記プレートを接着力の大きいエポキシ樹
脂又はポリイミド樹脂の接着剤にて前記ボディの凹部に
接着し、次いで前記ガラス台座を白金化合物触媒により
硬化する低応力のシリコーン樹脂製の接着剤にて前記プ
レートに接着し、その後に半導体圧力センサーチップと
リードフレームを電気的に接続し、前記低応力のシリコ
ーン樹脂製の接着剤が前記ボディに直接接着しないよう
にしてなる構成としている。 【0016】 【作用】かかる半導体圧力センサーは、半導体圧力セン
サーチップを接合したガラス台座をリードフレームを一
体成型したボディに接着するに際し、ボディ側の接着面
に、ボディを構成するPPS又はLCPとは異なるガラ
スと接着性の良い材料で構成されるプレートを配設し、
これらボディ材料と接着剤とを直接接着しないように構
成したことにより、ガラス台座とボディを接着する白金
化合物触媒により硬化する低応力のシリコーン樹脂製の
接着剤の接着性が向上し、ボディからの発生ガスによる
ボイドが著しく低減され、接着強度が増大し、また塗布
性も安定するため、過大圧力による対応の改善が図れ、
破壊圧力が向上できる。また、極めて低応力のエラスト
マー状のシリコーン樹脂を接着剤として用いるため、半
導体圧力センサーの感度や繰り返し精度の向上、オフセ
ットの温度依存性を低減できる。 【0017】 【実施例】以下、図1に基づいて、本発明の半導体圧力
センサーの一実施例を説明する。図1は半導体圧力セン
サーの断面図であり、図6に示した構成におけるものと
実質的に同様の部材には同一の符号を付して詳細な説明
は省略する。1は半導体圧力センサーチップであり、こ
のものは、略平板状をなし、ダイアフラム1aを備えて
いる。2はガラス台座であり、このものは、略中央に縦
方向の貫通孔2aを有しており、貫通孔2aの表面側の
開口を塞ぐようにして上面に半導体圧力センサーチップ
1を接合している。従って、この貫通孔2aは、半導体
圧力センサーチップ1に連通する。3はボディであり、
このものは、PPS又はLCPにより、半導体圧力セン
サーチップ1とガラス台座2を収納する凹部3aと、凹
部3aの底部に形成された略筒状の圧力導入部3bと、
を備えて形成され、この圧力導入部3bには縦方向の貫
通孔3cが設けてある。5はリードフレームであり、こ
のものは、ボディに一体成型される。6はボンディング
ワイヤであり、このものは、リードフレーム5と半導体
圧力センサーチップ1とを電気的に接続する。7は蓋で
あり、このものは、ボディ3の凹部3aの開口を塞ぐ。
8は歪ゲージであり、このものは、シリコン結晶で構成
されたダイアフラム1aの表面の所定の位置に不純物を
拡散して形成される。 【0018】10はプレートであり、ガラス又は金属材
料(例えば、Cu、Fe、Ni、Alその他の合金等)
により、平板状にかつ略中央に貫通孔10aを有して形
成される。このプレート10は、ボディ3の凹部3a
に、エポキシ樹脂又はポリイミド樹脂等の接着力の大き
い接着剤9により接着される。 【0019】 プレート10をボディ3の凹部3aに接
着した後に、そのプレート10の上面に、白金化合物触
媒により硬化する低応力のシリコーン樹脂製の接着剤
塗布し、そこにガラス台座2を載置し、熱硬化又は紫
外線硬化等により接着する。前述したシリコーン樹脂製
の接着剤は、例えば、東レ・ダウ・コーニング社のダイ
ボンド用接着剤(SDA6501)等を用いる。その結
果、プレート10は、ボディ3の凹部3aの底部とガラ
ス台座2の下面の間に配設され、その貫通孔10aはガ
ラス台座2の貫通孔2a及びボディ3の圧力導入部3b
(詳しくは貫通孔3c)に連通する。従って、ダイアフ
ラム1aにはボディ3の圧力導入部3b、プレート10
の貫通孔10a、ガラス台座2の貫通孔2aを介して外
部雰囲気の圧力が印加される。この構成により、ボディ
3からの発生ガスあるいはボディ3の材料中の硫黄成分
等の影響を受けず、極めて良好な接着性が得られる。そ
の後、ボンディングワイヤ6により半導体圧力センサー
チップ1とリードフレーム5を電気的に接続し、蓋7の
取付等が行われる。この半導体圧力センサーは、外部雰
囲気の圧力が印加されてダイアフラム1aが変形すると
ピエゾ抵抗効果により歪ゲージ8の電気抵抗が変化し、
これにより気体又は液体の圧力を検知する。 【0020】次に、請求項1に係る発明ではないが関連
ある発明を参考例として説明する。図2及び図3は本発
明の半導体圧力センサーの参考例を示すものであり、図
2はボディ3に同時(一体)成型によって埋め込まれる
リードフレームの平面図と側面図、図3はそのリードフ
レームを用いた半導体圧力センサーの断面図である。な
お、先に説明した実施例におけるものと実質的に同様の
部材には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。 【0021】リードフレーム11は、平面視が略ロ字状
の枠部11aと、その枠部11の一方の対向する2つの
辺から枠部11aの内側に突出するボンディングワイヤ
接続部11bと、枠部11aの他方の対向する2つの辺
の略中央部分を繋ぐ平面視が略I字状チップ実装部11
cと、チップ実装部11cの略中央部分に形成された平
面視が略正方形状のガラス台座2を接着するダイ付け部
11dと、を有した平面形状をなし、ダイ付け部11d
には、その略中央部分に、先の実施例におけるプレート
10の貫通孔10aと同様の貫通孔11eを有して形成
される。また、側面から見ると、ダイ付け部11dが枠
部11aに対し所定距離をおいて平行的に位置するよ
う、チップ実装部11cの中間部が枠部11aから突出
して折曲形成される。このリードフレーム11は、銅合
金製であり、その表面にはワイヤボンディングのための
メッキ(例えば、Agメッキ、Ni−Auメッキ、Ni
メッキ等)が施されている。そして、PPS又はLCP
等によりボディ3をモールド成型する際に一体成型され
る。 【0022】その結果、リードフレーム11は、図3に
示すように、そのダイ付け部11dがボディ3の凹部3
aの底面に配設される。 【0023】 次いで、ダイ付け部11dの貫通孔11
eの周囲に、シリコーン樹脂またはエポキシ樹脂等の低
応力の接着剤4を塗布し、ガラス台座2を接着する。
こで、シリコーン樹脂の接着剤4としては、先の実施例
と同様のものが使用でき、エポキシ樹脂の接着剤4とし
ては、例えば、日本エイブルボンド社のダイボンド用接
着剤(957−2L)等が使用できる。その後、ボンデ
ィングワイヤ6により半導体圧力センサーチップ1とリ
ードフレーム11を電気的に接続し、蓋7の取付等が行
われる。かかる半導体圧力センサーは、半導体圧力セン
サーチップを接合したガラス台座をリードフレームを一
体成型したボディに接着するに際し、ボディ側の接着面
に、ボディを構成するPPS又はLCPとは異なるガラ
スと接着性の良い材料であるリードフレームを配設し、
これらボディ材料と接着剤とを直接接着しないように構
成したことにより、ガラス台座とボディを接着する白金
化合物触媒により硬化する低応力のシリコーン樹脂製の
接着剤または低応力のエポキシ樹脂製の接着剤の接着性
が向上し、ボディからの発生ガスによるボイドが著しく
低減され、接着強度が増大し、また塗布性も安定するた
め、過大圧力による対応の改善が図れ、破壊圧力が向上
できる。また、極めて低応力のエラストマー状のシリコ
ーン樹脂を接着剤として用いるため、半導体圧力センサ
ーの感度または繰り返し精度の向上、または、オフセッ
トの温度依存性を低減でき、性能を格段に向上させるこ
とができる。 【0024】 次に、図4に基づいて、本発明の半導体
圧力センサーの異なる参考例を説明する。なお、先に説
明した実施例におけるものと実質的に同様の部材には同
一の符号を付して詳細な説明は省略する。このものは、
先の実施例における接着されるプレート10に替え、台
座12をボディ3に同時(一体)成型している。すなわ
ち、台座12は、ガラス系材料により、ボディ3の凹部
の内方形状に対応した略平板状でその略中央に貫通孔1
2aを有した形状に形成される。そして、PPS又はL
CP等によりボディ3をモールド成型する際にリードフ
レーム5とともに一体成型される。その結果、台座12
は、図4に示すように、ボディ3の凹部3aの底面に配
設される。次いで、台座12の貫通孔12aの周囲に、
先の参考例と同様の接着剤4を塗布し、ガラス台座2を
接着する。その後、ボンディングワイヤ6により半導体
圧力センサーチップ1とリードフレーム11を電気的に
接続し、蓋7の取付等が行われる。かかる半導体圧力セ
ンサーは、半導体圧力センサーチップを接合したガラス
台座をリードフレームを一体成型したボディに接着する
に際し、ボディ側の接着面に、ボディを構成するPPS
又はLCPとは異なるガラスと接着性の良い材料で形成
された台座を配設し、これらボディ材料と接着剤とを直
接接着しないように構成したことにより、ガラス台座と
ボディを接着する白金化合物触媒により硬化する低応力
のシリコーン樹脂製の接着剤または低応力のエポキシ樹
脂製の接着剤の接着性が向上し、ボディからの発生ガス
によるボイドが著しく低減され、接着強度が増大し、ま
た塗布性も安定するため、過大圧力による対応の改善が
図れ、破壊圧力が向上できる。また、極めて低応力のエ
ラストマー状のシリコーン樹脂を接着剤として用いるた
め、半導体圧力センサーの感度または繰り返し精度の向
上、または、オフセットの温度依存性を低減でき、性能
を格段に向上させることができる。 【0025】次に、図5に基づいて、本発明の半導体圧
力センサーの異なる別の参考例を説明する。なお、先に
説明した実施例におけるものと実質的に同様の部材には
同一の符号を付して詳細な説明は省略する。このもの
は、先の実施例における接着されるプレート10を除去
し、ボディ3の少なくとも凹部3aの表面に金属メッキ
層を形成している。すなわち、ボディ3は、図5に示す
ように、その凹部3aの表面に金属メッキを施して金属
メッキ層13を形成し、金属メッキ層13のうち、凹部
3aの底面に位置する部分をガラス台座2を接着するパ
ッド部13aとしている。また、ボディ3の凹部3aの
周囲まで金属メッキを施せば、その部分の金属メッキ層
を外部回路との接続のための回路配線として利用するこ
とができる。 【0026】 ボディ3は、金属メッキが可能であり、
十分なメタライズ部のピーリング強度が得られる材料で
なければならず、耐熱性を考慮すればLCPが適してい
る。LCPは、その熱変形温度が230℃(18.6k
g印加時)であり、半田耐熱性は260℃で10秒以上
を満足する。LCPの他に、PSU(ポリサルフォ
ン)、PES(ポリエーテルサルフォン)等を用いるこ
とができる。また、金属メッキを施す場合、例えば、M
CB(モールドサーキットボード)と称される製法が適
している。これは、まず、成型されたボディ3の金属メ
ッキを施す部分の粗化を行い、次いで、無電解銅メッ
キ、レジスト電着、露光、現像の後にエッチングを行
い、次いで、電解銅メッキの後、ワイヤボンディング等
の電極接続のために電解Niメッキ及び電解Auメッキ
又は電解Agメッキを行い、最後にソフトエッイングを
行う。前述した金属メッキ層13が形成された後、パッ
ド部13a上の貫通孔3cの周囲に、先の参考例と同様
の接着剤4を塗布し、ガラス台座2を接着する。その
後、ボンディングワイヤ6により半導体圧力センサーチ
ップ1とリードフレーム11を電気的に接続し、蓋7の
取付等が行われる。かかる半導体圧力センサーは、半導
体圧力センサーチップを接合したガラス台座をリードフ
レームを一体成型したボディに接着するに際し、ボディ
側の接着面に、ボディを構成するPPS又はLCPとは
異なるガラスと接着性の良い材料である金属メッキ層を
形成し、これらボディ材料と接着剤とを直接接着しない
ように構成したことにより、ガラス台座とボディを接着
する白金化合物触媒により硬化する低応力のシリコーン
樹脂製の接着剤または低応力のエポキシ樹脂製の接着剤
の接着性が向上し、ボディからの発生ガスによるボイド
が著しく低減され、接着強度が増大し、また塗布性も安
定するため、過大圧力による対応の改善が図れ、破壊圧
力が向上できる。また、極めて低応力のエラストマー状
のシリコーン樹脂を接着剤として用いるため、半導体圧
力センサーの感度または繰り返し精度の向上やオフセッ
トの温度依存性を低減でき、性能を格段に向上させるこ
とができる。 【0027】 【発明の効果】請求項1記載の半導体圧力センサーは、
半導体圧力センサーチップを接合したガラス台座をリー
ドフレームを一体成型したボディに接着するに際し、ボ
ディ側の接着面に、ボディを構成するPPS又はLCP
とは異なるガラスと接着性の良い材料で構成されるプレ
ートを配設し、これらボディ材料と接着剤とを直接接着
しないように構成したことにより、ガラス台座とボディ
を接着する白金化合物触媒により硬化する低応力のシリ
コーン樹脂製の接着剤の接着性が向上し、ボディからの
発生ガスによるボイドが著しく低減され、接着強度が増
大し、また塗布性も安定するため、過大圧力による対応
の改善が図れ、破壊圧力が向上できる。また、接着剤と
して極めて低応力のエラストマー状のシリコーン樹脂製
のものを用いるため、特に、微圧用から中圧用の定格圧
力範囲のプリモールドパッケージ形式の半導体センサー
において、半導体圧力センサーの感度や繰り返し精度の
向上、オフセットの温度依存性を低減でき、性能を格段
に向上させることができる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor pressure sensor of a pre-mold package type provided with a semiconductor pressure sensor chip having a diaphragm. 2. Description of the Related Art An example of a conventional semiconductor pressure sensor of a pre-mold package type (a type in which a lead frame is integrally formed of a thermoplastic resin, and then a chip is fixed and a wire bond is performed) is shown in FIG. explain. FIG. 6 is a sectional view of the semiconductor pressure sensor. In the figure, reference numeral 1 denotes a semiconductor pressure sensor chip which has a substantially flat shape and includes a diaphragm 1a to be described later. Reference numeral 2 denotes a glass pedestal, which has a vertical through hole 2a substantially at the center, and has a semiconductor pressure sensor chip 1 bonded to the upper surface so as to close the opening on the surface side of the through hole 2a. I have. Therefore, the through hole 2 a communicates with the semiconductor pressure sensor chip 1. Reference numeral 3 denotes a body, which includes a concave portion 3a for accommodating the semiconductor pressure sensor chip 1 and the glass pedestal 2, and a substantially cylindrical pressure introducing portion 3b formed at the bottom of the concave portion 3a. Pressure introduction part 3b
Is provided with a vertical through hole 3c. Then, the glass pedestal 2 is directly bonded to the bottom surface of the concave portion 3a by an adhesive 4 such as an epoxy resin applied to a peripheral portion of the opening on the back surface side of the through hole 2a. Accordingly, the pressure introducing portion 3b (specifically, the through hole 3c) communicates with the through hole 2a of the glass pedestal 2, and the diaphragm 1a has the through hole 2a and the pressure introducing portion 3c.
The pressure of the external atmosphere is applied via b. 5 is a lead frame, which is integrally molded with the body. Numeral 6 denotes a bonding wire, which electrically connects the lead frame 5 and the semiconductor pressure sensor chip 1. Reference numeral 7 denotes a lid, which closes the opening of the concave portion 3a of the body 3. The above-mentioned diaphragm 1a of the semiconductor pressure sensor chip 1 is a portion for detecting the pressure of a gas or a liquid, is made of silicon crystal, and has a strain gauge 8 in which impurities are diffused at a predetermined position on its surface. Is formed. This strain gauge 8 changes its electric resistance by a piezoresistive effect when the pressure of the external atmosphere is applied and the diaphragm 1a is deformed, whereby the pressure can be detected. The semiconductor pressure sensor chip 1 includes a crystallized glass pedestal 2 for reducing the generation of thermal stress.
Are metallically joined by welding or anodic bonding. On the other hand, the body 3 is made of PPS (polyphenylene sulfide) or LCP (thermotropic liquid crystal polymer) in terms of heat resistance, adhesion to the lead frame 5, and fluidity.
Is a pre-molded package composed of: [0005] Incidentally, PPS or LCP, which is a material of the body 3, is a crystalline plastic having a regular crystal orientation, and has a dense structure having a large number of polymer chains per unit sectional area. Therefore, it is a difficult-to-bond material having poor reactivity with other materials and poor adhesion. On the other hand, as the adhesive 4, a low-stress thermosetting die-bonding agent having no solvent and generating no outgas is used. This is for reducing the stress applied to the piezoresistor 8 formed on the diaphragm 1a, improving the sensitivity or repetition accuracy, and reducing the temperature dependence of the offset. As a material of the adhesive 4, there is a material made of a silicone resin whose cured product is an elastomer and capable of relaxing stress, or a material made of a non-solvent low-stress epoxy resin containing silica or ZnO filler. The adhesive 4 made of a silicone resin or the epoxy resin is used as follows depending on the characteristics of the adhesive. That is, for micro pressure (about 0.1 kg / cm
In the rated pressure range from 2 ) to medium pressure (about 10 kg / cm 2 ), since the thickness of the diaphragm 1a is as thin as about 15 to 60 μm, the internal residual stress is reduced due to the contraction stress at the time of thermosetting of the adhesive 4, or The thermal expansion coefficient of the glass pedestal 2 (about 3.
2 × 10 -6 ° C / cm) and the coefficient of thermal expansion of the body 3 (5-6 ×
It is necessary to reduce the thermal stress generated from the difference from 10 -6 ° C / cm), and a material mainly made of a silicone resin is used to reduce the adverse effect on the semiconductor pressure sensor chip 1. On the other hand, in the rated pressure range from medium pressure (about 10 kg / cm 2 ) to high pressure (about 100 kg / cm 2 ),
An epoxy resin is mainly used. this is,
The adhesive strength of the epoxy resin is about 10 kg / cm 2 for the silicone resin, while the adhesive strength is about 100 kg / cm 2.
kg / cm 2 , very large, and diaphragm 1
a is relatively thick, about 60 to 150 μm, and the adhesive 4
Since the influence of the stress caused by the thermal expansion is small, it can be used even if the stress due to the difference in the coefficient of thermal expansion or the stress generated at the time of thermosetting is considerably large. When the glass pedestal 2 and the body 3 are bonded to each other by using different adhesives, the adhesiveness is very important. That is, the body 3 is approximately 15 in the case of PPS.
Molding is performed at a mold temperature of about 70 ° C. to 120 ° C. in the case of 0 ° C. and LCP, respectively.
0 to 50%, not completely cured, and gas is generated from the body 3. In the case of PPS, this gas is a gas containing a sulfur content, that is, H 2 S, COS, SO 2, or the like, which becomes a factor of inhibiting the curing of the silicone resin adhesive. Here, curing inhibition will be described. The components of the silicone resin are mainly composed of a vinyl group-containing organopolysiloxane, an organohydrogenpolysiloxane, and a platinum compound catalyst. In the presence of sulfur, a sulfur compound, a phosphorus compound, a phosphorus compound, an amine compound, an organic tin and a compound thereof that are more strongly coordinated with the platinum catalyst than the vinyl group, an intermediate of the addition reaction is not generated, and the curing is not performed. The phenomenon of poor curing that does not progress occurs. This is a phenomenon called curing inhibition. [0011] Further, the sulfur component in the PPS also causes the inhibition of curing, and the effect of the resin composition itself cannot be ignored. Accordingly, interface peeling occurs at the bonding portion between the silicone resin adhesive and the body, an uncured portion remains, and voids are generated by the gas from the PPS, so that the glass pedestal 2 is not removed.
However, there has been a problem that the adhesive strength of the P.I. In the case of LCP, a gas such as phenol or phenyl P-hydroxybenzoate is generated. The generated gas contains no sulfur, and the amount (volume) of the generated gas is smaller than that of PPS (about 5 to 15 at 200 ° C).
%). However, the generation of voids at the bonding interface due to the gas generated from the LCP is the same as in the case of the PPS, and also has a very dense structure having rigid linear molecular chains in the molecule. Also, there is a problem that the adhesiveness with the adhesive is poor. On the other hand, when a low-stress epoxy resin adhesive is used as the adhesive 4, curing is not affected by gas generated from PPS or LCP constituting the body 3, but voids are caused by the gas. Is generated, which also causes peeling at the bonding interface of the adhesive 4 or deterioration of the bonding strength. Further, as described above, it is not suitable for a semiconductor pressure sensor in a rated pressure range from a slight pressure to a medium pressure. The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to improve the adhesiveness between a glass pedestal and a body, to easily cope with an excessive pressure, and particularly to reduce the pressure. It is an object of the present invention to provide a semiconductor pressure sensor capable of improving sensitivity and repetition accuracy and reducing temperature dependence of offset in a premold package type semiconductor sensor having a rated pressure range for medium pressure. In order to achieve the above object, a semiconductor pressure sensor according to the present invention has a through hole for connecting a semiconductor pressure sensor chip on an upper surface thereof and communicating with the semiconductor pressure sensor chip. A body formed by a PPS or LCP having a glass pedestal, a recess for accommodating the semiconductor pressure sensor chip and the glass pedestal, and a pressure introduction portion communicating with a through hole of the glass pedestal at the bottom of the recess; and a bottom of the recess of the body A plate formed of glass or a metal material having a through-hole disposed between the lower surface of the glass pedestal and the pressure introducing portion and the through-hole, and a lead frame integrally molded with the body, and a semiconductor; It has a bonding wire for electrically connecting the pressure sensor chip and the lead frame, and a lid for closing an opening of a concave portion of the body. Ri, and bonding the plate to the previously recess of said body by an adhesive of high epoxy resin or polyimide resin adhesive strength, and then the adhesive made of silicone resin having a low stress cure by a platinum compound catalyst the glass pedestal the adhered to the plates, followed by connecting the semiconductor pressure sensor chip and the lead frame electrically, the low stress of the silicone resin adhesive is a structure composed so as not to adhere directly to the body Te. When the glass pedestal to which the semiconductor pressure sensor chip is bonded is bonded to the body in which the lead frame is integrally formed, the semiconductor pressure sensor is provided with the PPS or LCP forming the body on the bonding surface on the body side. Arrange a plate composed of different glass and good adhesive material,
With the arrangements so as not to adhere the these body materials adhesives directly improves the adhesion of the silicone resin adhesive of low stress cure by a platinum compound catalyst for bonding the glass pedestal and the body, from the body Voids due to generated gas are remarkably reduced, adhesive strength is increased, and applicability is also stable, so that response to excessive pressure can be improved,
Breaking pressure can be improved. Further, since an extremely low-stress elastomeric silicone resin is used as the adhesive, the sensitivity and repetition accuracy of the semiconductor pressure sensor can be improved, and the temperature dependence of the offset can be reduced. An embodiment of a semiconductor pressure sensor according to the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor pressure sensor. Members that are substantially the same as those in the configuration shown in FIG. 6 are given the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Reference numeral 1 denotes a semiconductor pressure sensor chip which has a substantially flat plate shape and includes a diaphragm 1a. Reference numeral 2 denotes a glass pedestal, which has a vertical through hole 2a substantially at the center, and has a semiconductor pressure sensor chip 1 bonded to the upper surface so as to close the opening on the surface side of the through hole 2a. I have. Therefore, the through hole 2 a communicates with the semiconductor pressure sensor chip 1. 3 is a body,
This includes a concave portion 3a for accommodating the semiconductor pressure sensor chip 1 and the glass pedestal 2 by PPS or LCP, a substantially cylindrical pressure introducing portion 3b formed at the bottom of the concave portion 3a,
The pressure introducing portion 3b is provided with a vertical through hole 3c. 5 is a lead frame, which is integrally molded with the body. Numeral 6 denotes a bonding wire, which electrically connects the lead frame 5 and the semiconductor pressure sensor chip 1. Reference numeral 7 denotes a lid, which closes the opening of the concave portion 3a of the body 3.
Reference numeral 8 denotes a strain gauge, which is formed by diffusing impurities at a predetermined position on the surface of the diaphragm 1a made of silicon crystal. Reference numeral 10 denotes a plate, which is made of glass or a metal material (for example, Cu, Fe, Ni, Al or another alloy).
As a result, a through hole 10a is formed in a plate shape and substantially at the center. The plate 10 is provided with the concave portion 3a of the body 3.
Are bonded by an adhesive 9 having a large adhesive force such as an epoxy resin or a polyimide resin. After bonding the plate 10 to the concave portion 3 a of the body 3, an adhesive 4 made of a low-stress silicone resin that is cured by a platinum compound catalyst is provided on the upper surface of the plate 10.
Was applied, there was placed a glass base 2 and bonded by heat curing or ultraviolet curing, and the like. As the adhesive made of the silicone resin described above, for example, an adhesive for die bonding (SDA6501) manufactured by Dow Corning Toray Co., Ltd. or the like is used. As a result, the plate 10 is disposed between the bottom of the concave portion 3a of the body 3 and the lower surface of the glass pedestal 2, and the through hole 10a is formed between the through hole 2a of the glass pedestal 2 and the pressure introducing portion 3b of the body 3.
(Specifically, through hole 3c). Accordingly, the diaphragm 1a has the pressure introducing portion 3b of the body 3 and the plate 10
Through the through hole 10a and the through hole 2a of the glass pedestal 2. With this configuration, extremely good adhesion can be obtained without being affected by the gas generated from the body 3 or the sulfur component in the material of the body 3. Thereafter, the semiconductor pressure sensor chip 1 and the lead frame 5 are electrically connected by the bonding wires 6, and the lid 7 is attached. In this semiconductor pressure sensor, when the pressure of the external atmosphere is applied and the diaphragm 1a is deformed, the electric resistance of the strain gauge 8 changes due to the piezoresistance effect,
Thereby, the pressure of gas or liquid is detected. Next, a related invention which is not the invention according to claim 1 but will be described as a reference example. 2 and 3 show a reference example of the semiconductor pressure sensor of the present invention. FIG. 2 is a plan view and a side view of a lead frame embedded in the body 3 by simultaneous (integral) molding, and FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of a semiconductor pressure sensor using a semiconductor device. Note that members substantially the same as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The lead frame 11 includes a frame portion 11a having a substantially rectangular shape in plan view, a bonding wire connection portion 11b projecting from one of two opposing sides of the frame portion 11 to the inside of the frame portion 11a, A substantially I-shaped chip mounting portion 11 connecting a substantially central portion of the other two opposing sides of the portion 11a.
c, and a die attaching portion 11d formed at a substantially central portion of the chip mounting portion 11c and adhering the glass pedestal 2 having a substantially square shape in a plan view.
Is formed with a through hole 11e similar to the through hole 10a of the plate 10 in the previous embodiment at a substantially central portion thereof. When viewed from the side, an intermediate portion of the chip mounting portion 11c is bent and formed so as to protrude from the frame portion 11a so that the die attaching portion 11d is positioned parallel to the frame portion 11a at a predetermined distance. The lead frame 11 is made of a copper alloy, and its surface is plated for wire bonding (for example, Ag plating, Ni-Au plating, Ni plating).
Plating etc.). And PPS or LCP
It is integrally molded when the body 3 is molded by, for example, molding. As a result, as shown in FIG. 3, the die attaching portion 11d of the lead frame 11
a is disposed on the bottom surface. Next, the through hole 11 of the die attaching portion 11 d
e around silicone resin or epoxy resin
The glass pedestal 2 is adhered by applying a stress adhesive 4. This
Here, as the silicone resin adhesive 4,
Can be used as the epoxy resin adhesive 4
For example, Die Bonding
An adhesive (957-2L) or the like can be used. Thereafter, the semiconductor pressure sensor chip 1 and the lead frame 11 are electrically connected by the bonding wires 6, and the cover 7 is attached. When such a semiconductor pressure sensor is used to bond a glass pedestal to which a semiconductor pressure sensor chip is bonded to a body in which a lead frame is integrally molded, an adhesive surface on the body side is made of a glass different from PPS or LCP forming the body and having an adhesive property. Arrange the lead frame which is a good material,
Since the body material and the adhesive are not directly bonded, a low-stress silicone resin adhesive or a low-stress epoxy resin adhesive that is cured by a platinum compound catalyst that bonds the glass pedestal to the body. Is improved, voids due to gas generated from the body are remarkably reduced, the adhesive strength is increased, and the applicability is stabilized, so that the response to excessive pressure can be improved and the breaking pressure can be increased. Further, since an extremely low-stress elastomeric silicone resin is used as the adhesive, the sensitivity or repetition accuracy of the semiconductor pressure sensor can be improved, or the temperature dependence of the offset can be reduced, and the performance can be significantly improved. Next, different reference examples of the semiconductor pressure sensor of the present invention will be described with reference to FIG. Note that members substantially the same as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. This one is
The pedestal 12 is molded simultaneously (integrally) with the body 3 instead of the plate 10 to be bonded in the previous embodiment. That is, the pedestal 12 is made of a glass material and has a substantially flat plate shape corresponding to the inner shape of the concave portion of the body 3, and the through hole 1 is formed substantially in the center thereof.
2a is formed. And PPS or L
When the body 3 is molded by CP or the like, it is integrally molded with the lead frame 5. As a result, the pedestal 12
Is disposed on the bottom surface of the concave portion 3a of the body 3, as shown in FIG. Next, around the through hole 12a of the pedestal 12,
The same adhesive 4 as in the above reference example is applied, and the glass pedestal 2 is bonded. Thereafter, the semiconductor pressure sensor chip 1 and the lead frame 11 are electrically connected by the bonding wires 6, and the cover 7 is attached. Such a semiconductor pressure sensor, when bonding a glass pedestal to which a semiconductor pressure sensor chip is bonded to a body in which a lead frame is integrally molded, forms a PPS forming the body on the bonding surface on the body side.
Alternatively, a platinum compound catalyst for bonding the glass pedestal to the body by arranging a pedestal formed of glass and a material having good adhesiveness, which is different from the LCP, so as not to directly bond the body material and the adhesive. The adhesiveness of low-stress silicone resin adhesive or low-stress epoxy resin adhesive that cures is improved, voids due to gas generated from the body are significantly reduced, adhesive strength is increased, and applicability is improved. Therefore, the response to the excessive pressure can be improved, and the burst pressure can be improved. Further, since an extremely low-stress elastomeric silicone resin is used as the adhesive, the sensitivity or repetition accuracy of the semiconductor pressure sensor can be improved, or the temperature dependence of the offset can be reduced, and the performance can be significantly improved. Next, another reference example of a semiconductor pressure sensor according to the present invention will be described with reference to FIG. Note that members substantially the same as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In this embodiment, the plate 10 to be adhered in the previous embodiment is removed, and a metal plating layer is formed on at least the surface of the concave portion 3a of the body 3. That is, as shown in FIG. 5, the body 3 is formed by applying metal plating to the surface of the concave portion 3a to form a metal plated layer 13, and the portion of the metal plated layer 13 located on the bottom surface of the concave portion 3a is a glass pedestal. 2 is a pad portion 13a for bonding. If metal plating is applied to the periphery of the concave portion 3a of the body 3, the metal plating layer at that portion can be used as circuit wiring for connection to an external circuit. The body 3 can be plated with metal,
The material must be capable of obtaining a sufficient peeling strength of the metallized portion, and LCP is suitable in consideration of heat resistance. LCP has a heat deformation temperature of 230 ° C. (18.6 k
g applied), and the solder heat resistance satisfies 10 seconds or more at 260 ° C. In addition to LCP, PSU (polysulfone), PES (polyethersulfone), or the like can be used. When metal plating is performed, for example, M
A manufacturing method called CB (mold circuit board) is suitable. This involves first roughening the portion of the molded body 3 on which metal plating is to be performed, then performing etching after electroless copper plating, resist electrodeposition, exposure and development, and then after electrolytic copper plating, Electrolytic Ni plating and electrolytic Au plating or electrolytic Ag plating are performed for electrode connection such as wire bonding, and finally soft etching is performed. After the above-described metal plating layer 13 is formed, the same adhesive 4 as in the above-described reference example is applied around the through hole 3c on the pad portion 13a, and the glass pedestal 2 is bonded. Thereafter, the semiconductor pressure sensor chip 1 and the lead frame 11 are electrically connected by the bonding wires 6, and the cover 7 is attached. When such a semiconductor pressure sensor is used to bond a glass pedestal to which a semiconductor pressure sensor chip is bonded to a body in which a lead frame is integrally molded, an adhesive surface on the body side is made of a glass different from PPS or LCP forming the body and having an adhesive property. forming a metal plating layer Ru good material der, by constructing so as not to adhere the these body materials adhesives directly, low stress cure by a platinum compound catalyst for bonding the glass pedestal and the body made of silicone resin Adhesive or low-stress epoxy resin adhesive improves adhesion, significantly reduces voids due to gas generated from the body, increases adhesive strength, and stabilizes applicability. Improvement can be achieved, and the breaking pressure can be improved. In addition, since an extremely low-stress elastomeric silicone resin is used as the adhesive, the sensitivity or repetition accuracy of the semiconductor pressure sensor can be improved, the temperature dependence of the offset can be reduced, and the performance can be significantly improved. According to the first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor pressure sensor comprising:
When bonding the glass pedestal to which the semiconductor pressure sensor chip is bonded to the body in which the lead frame is integrally molded, the PPS or LCP forming the body is attached to the bonding surface on the body side.
By disposing a plate made of glass and a material with good adhesiveness that is different from that of the above, and not directly bonding these body materials and the adhesive, it is cured by a platinum compound catalyst that bonds the glass pedestal to the body to the low stress improves the adhesion of the silicone resin adhesive, voids are remarkably reduced by gas generated from the body, the adhesive strength increases, and to stable coatability, improvement of the response by overpressure And the breaking pressure can be improved. In addition, since the adhesive used is made of an elastomeric silicone resin with extremely low stress, the sensitivity and repeatability of the semiconductor pressure sensor are particularly high for pre-mold package type semiconductor sensors in the rated pressure range for micro pressure to medium pressure. , The temperature dependence of the offset can be reduced, and the performance can be significantly improved.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の半導体圧力センサーの一実施例を示す
断面図である。 【図2】本発明の半導体圧力センサーの参考例を示すも
ので、(a)はそのリードフレームの平面図、(b)は
同じく側面図である。 【図3】同上の断面図である。 【図4】本発明の半導体圧力センサーの異なる参考例を
示す断面図である。 【図5】本発明の半導体圧力センサーの異なる別の参考
例を示す断面図である。 【図6】従来の半導体圧力センサーを示す断面図であ
る。 【符号の説明】 1 半導体圧力センサーチップ 2 ガラス台座 3 ボディ 4 接着剤 5 リードフレーム 6 ボンディングワイヤ 7 蓋 8 歪ゲージ 9 接着力の大きい接着剤 10 プレート
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of a semiconductor pressure sensor of the present invention. FIGS. 2A and 2B show a reference example of the semiconductor pressure sensor of the present invention, wherein FIG. 2A is a plan view of the lead frame, and FIG. FIG. 3 is a sectional view of the same. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a different reference example of the semiconductor pressure sensor of the present invention. FIG. 5 is a sectional view showing another reference example of the semiconductor pressure sensor of the present invention. FIG. 6 is a sectional view showing a conventional semiconductor pressure sensor. [Description of Signs] 1 Semiconductor pressure sensor chip 2 Glass pedestal 3 Body 4 Adhesive 5 Lead frame 6 Bonding wire 7 Cover 8 Strain gauge 9 Adhesive with large adhesive strength 10 Plate

───────────────────────────────────────────────────── 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 檜村 芳正 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 平8−159897(JP,A) 特開 平2−151677(JP,A) 特開 平6−3211(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01L 9/04 101 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shigenari Takami 1048 Kadoma Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric Works, Ltd. 56) References JP-A-8-1559897 (JP, A) JP-A-2-151677 (JP, A) JP-A-6-3211 (JP, A) (58) Fields studied (Int. Cl. 7 , (DB name) G01L 9/04 101

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 上面に半導体圧力センサーチップを接合
し半導体圧力センサーチップに連通する貫通孔を有した
ガラス台座と、半導体圧力センサーチップ及びガラス台
座を収納する凹部とこの凹部の底部にガラス台座の貫通
孔に連通する圧力導入部を備えたPPS又はLCPによ
り形成されるボディと、ボディの凹部の底部とガラス台
座の下面の間に配設され両者の圧力導入部及び貫通孔に
連通する貫通孔を有してガラス又は金属材料により形成
されたプレートと、ボディに一体成型されたリードフレ
ームと、半導体圧力センサーチップとリードフレームを
電気的に接続するボンディングワイヤと、ボディの凹部
の開口を塞ぐ蓋と、を有してなり、先に前記プレートを
接着力の大きいエポキシ樹脂又はポリイミド樹脂の接着
剤にて前記ボディの凹部に接着し、次いで前記ガラス台
座を白金化合物触媒により硬化する低応力のシリコーン
樹脂製の接着剤にて前記プレートに接着し、その後に半
導体圧力センサーチップとリードフレームを電気的に接
続し、前記低応力のシリコーン樹脂製の接着剤が前記ボ
ディに直接接着しないようにしてなることを特徴とする
半導体圧力センサー。
(57) [Claim 1] A glass pedestal having a through hole that is joined to a semiconductor pressure sensor chip on an upper surface thereof and communicates with the semiconductor pressure sensor chip, and a concave portion that houses the semiconductor pressure sensor chip and the glass pedestal. And a body formed of PPS or LCP provided with a pressure introducing portion communicating with the through hole of the glass pedestal at the bottom of the concave portion, and a pressure introducing portion disposed between the bottom of the concave portion of the body and the lower surface of the glass pedestal. A plate formed of glass or metal material having a through hole communicating with the portion and the through hole, a lead frame integrally molded with the body, and a bonding wire for electrically connecting the semiconductor pressure sensor chip and the lead frame. And a lid for closing the opening of the concave portion of the body, and the plate is first made of an epoxy resin or a polyimide resin having a large adhesive force. Adhered to the recess of the body at Chakuzai then adhered to hand the plate to the adhesive made of silicone resin having a low stress cure by a platinum compound catalyst of the glass pedestal, after which the semiconductor pressure sensor chip and the lead frame the semiconductor pressure sensor is electrically connected to the low stress of the silicone resin adhesive is characterized by being not to adhere directly to the body.
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