JP3531971B2 - ガスまたは湿度を検出するセンサとその製造方法 - Google Patents
ガスまたは湿度を検出するセンサとその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の利用分野】この発明はガスまたは湿度を検出す
るセンサに関し、特にその基板をフレームにダイボンド
することに関する。なおガスまたは湿度を検出するセン
サを、単にガス・湿度センサということがある。
るセンサに関し、特にその基板をフレームにダイボンド
することに関する。なおガスまたは湿度を検出するセン
サを、単にガス・湿度センサということがある。
【０００２】
【従来技術】出願人は、ガス・湿度センサの基板裏面を
フレームにダイボンドすることを提案した（特開昭６３
−１５９，７４４号公報）。このようなガスセンサで
は、４２合金等のフレームにダイボンド材料のガラスペ
ーストを塗布し、ダイシング後のセンサの基板をのせ
る。そして基板の反対側でフレームにダイボンド用のヒ
ータを密着させ、ヒータからの熱でガラスペーストを溶
融させて、基板をフレームにダイボンドする。
フレームにダイボンドすることを提案した（特開昭６３
−１５９，７４４号公報）。このようなガスセンサで
は、４２合金等のフレームにダイボンド材料のガラスペ
ーストを塗布し、ダイシング後のセンサの基板をのせ
る。そして基板の反対側でフレームにダイボンド用のヒ
ータを密着させ、ヒータからの熱でガラスペーストを溶
融させて、基板をフレームにダイボンドする。
【０００３】しかしながらこのようなダイボンドでは、
ダイボンド強度のばらつきが著しく、かつ基板の電極パ
ッドにワイヤボンディングしたリード線のワイヤボンデ
ィング強度のばらつきも著しいことが判明した。ダイボ
ンド強度にばらつきが生じるのは、ヒータからガラスペ
ーストへの熱の伝わり方にばらつきが生じるためと考え
られ、ダイボンド強度が極端に低く、実質的にダイボン
ドされていないものも生じる。ワイヤボンド強度にばら
つきが生じるのは、ダイボンド時の加熱でガラスペース
トが沸騰し、ガラス材料が電極パッドに付着したりベヒ
クル中の有機物の残渣が電極パッドに付着したりするた
めである。ダイボンド材料が電極パッドに付着する結
果、ワイヤボンド強度が０に近いものも生じる。
ダイボンド強度のばらつきが著しく、かつ基板の電極パ
ッドにワイヤボンディングしたリード線のワイヤボンデ
ィング強度のばらつきも著しいことが判明した。ダイボ
ンド強度にばらつきが生じるのは、ヒータからガラスペ
ーストへの熱の伝わり方にばらつきが生じるためと考え
られ、ダイボンド強度が極端に低く、実質的にダイボン
ドされていないものも生じる。ワイヤボンド強度にばら
つきが生じるのは、ダイボンド時の加熱でガラスペース
トが沸騰し、ガラス材料が電極パッドに付着したりベヒ
クル中の有機物の残渣が電極パッドに付着したりするた
めである。ダイボンド材料が電極パッドに付着する結
果、ワイヤボンド強度が０に近いものも生じる。
【０００４】発明者らはこのような問題を除くため、絶
縁基板の裏面に金属層を設け、これをパラレルギャップ
溶接機でフレームに溶着することを提案した（特願平５
−７０８４１号）。即ち、パラレルギャップの間に溶着
電流を流し、この電流の発熱で金属層をフレームに溶着
させる。このようにすると、ダイボンド強度のばらつき
やワイヤボンド強度のばらつきを抑えることができた。
しかしながら、これに伴って基板のアルミナにクラック
が発生することがあった。ここで基板厚を増して基板強
度を高めると、クラックを防止できたが、消費電力が増
加して好ましくなかった。
縁基板の裏面に金属層を設け、これをパラレルギャップ
溶接機でフレームに溶着することを提案した（特願平５
−７０８４１号）。即ち、パラレルギャップの間に溶着
電流を流し、この電流の発熱で金属層をフレームに溶着
させる。このようにすると、ダイボンド強度のばらつき
やワイヤボンド強度のばらつきを抑えることができた。
しかしながら、これに伴って基板のアルミナにクラック
が発生することがあった。ここで基板厚を増して基板強
度を高めると、クラックを防止できたが、消費電力が増
加して好ましくなかった。
【０００５】
【発明の課題】この発明の課題は、基板をフレームにダ
イボンドしたガスまたは湿度を検出するセンサにおい
て、 (1) ダイボンド強度のばらつきを防止し、 (2) ワイヤボンド強度のばらつきを防止し、 (3) ダイボンド時の基板の損傷が生じないようにす
る、 ことにある。この発明はまた、上記 (1) 〜 (3) の課題を充
たすガスまたは湿度を検出するセンサの製造方法を提供
することを課題とする。
イボンドしたガスまたは湿度を検出するセンサにおい
て、 (1) ダイボンド強度のばらつきを防止し、 (2) ワイヤボンド強度のばらつきを防止し、 (3) ダイボンド時の基板の損傷が生じないようにす
る、 ことにある。この発明はまた、上記 (1) 〜 (3) の課題を充
たすガスまたは湿度を検出するセンサの製造方法を提供
することを課題とする。
【０００６】
【発明の構成】この発明のガスまたは湿度を検出するセ
ンサは、セラミック絶縁基板上にセンサ本体を形成し、
前記絶縁基板の裏面をフレームにダイボンドしたガスま
たは湿度を検出するセンサにおいて、前記絶縁基板の裏
面にガラス層と金属層とをこの順に積層し、この金属層
を前記フレームに溶着したことを特徴とする。この発明
のガスまたは湿度を検出するセンサの製造方法は、セラ
ミック絶縁基板上にセンサ本体を形成し、前記絶縁基板
の裏面をフレームにダイボンドしたガスまたは湿度を検
出するセンサの製造方法において、前記絶縁基板の裏面
にガラス層と金属層とをこの順に積層し、この金属層を
前記フレームにパラレルギャップ溶接により溶着したこ
とを特徴とする。ガラス層は絶縁基板と熱膨張率がほぼ
等しいものが好ましく、絶縁基板よりも熱伝導率が小さ
いもの（例えば熱伝導率が絶縁基板の１／５以下のも
の）を用いる。なお絶縁基板はアルミナ等のセラミック
基板とし、アルミナが安価で不純物含量が少なく絶縁性
が高いため好ましい。ガラス層は膜厚が５〜２００μｍ
が好ましく、より好ましくは１０〜５０μｍとする。ガ
ラス層は、例えば基板表面にガラスペーストを塗布し、
焼成してガラス層とする、あるいはガラスフィルム等の
ガラスの薄板を基板裏面に貼り合わせ、熱処理で溶着す
ること等により形成する。金属層には好ましくは溶着が
容易な金層を用いるが、これ以外にＰｄ等も用いること
ができる。また金属層の形成には、ペースト材料の印刷
と焼成の他にメタライズや無電解メッキ等を用いること
ができる。好ましくはフレーム表面に、ＡｕやＰｄ，Ｓ
ｎ等のメッキ層を設け、基板側の金属層と溶着する。こ
の結果生成する溶着層は、例えばＡｕ−Ｐｄ，Ａｕ−Ｓ
ｎ,Ａｕ−Ａｕ等となる。このようなガスまたは湿度を
検出するセンサを製造するには、基板の裏面をフレーム
に対して位置決めし、例えばパラレルギャップ溶接機で
溶着電流をフレームに流し、その熱で金属層をフレーム
に溶着すれば良い。
ンサは、セラミック絶縁基板上にセンサ本体を形成し、
前記絶縁基板の裏面をフレームにダイボンドしたガスま
たは湿度を検出するセンサにおいて、前記絶縁基板の裏
面にガラス層と金属層とをこの順に積層し、この金属層
を前記フレームに溶着したことを特徴とする。この発明
のガスまたは湿度を検出するセンサの製造方法は、セラ
ミック絶縁基板上にセンサ本体を形成し、前記絶縁基板
の裏面をフレームにダイボンドしたガスまたは湿度を検
出するセンサの製造方法において、前記絶縁基板の裏面
にガラス層と金属層とをこの順に積層し、この金属層を
前記フレームにパラレルギャップ溶接により溶着したこ
とを特徴とする。ガラス層は絶縁基板と熱膨張率がほぼ
等しいものが好ましく、絶縁基板よりも熱伝導率が小さ
いもの（例えば熱伝導率が絶縁基板の１／５以下のも
の）を用いる。なお絶縁基板はアルミナ等のセラミック
基板とし、アルミナが安価で不純物含量が少なく絶縁性
が高いため好ましい。ガラス層は膜厚が５〜２００μｍ
が好ましく、より好ましくは１０〜５０μｍとする。ガ
ラス層は、例えば基板表面にガラスペーストを塗布し、
焼成してガラス層とする、あるいはガラスフィルム等の
ガラスの薄板を基板裏面に貼り合わせ、熱処理で溶着す
ること等により形成する。金属層には好ましくは溶着が
容易な金層を用いるが、これ以外にＰｄ等も用いること
ができる。また金属層の形成には、ペースト材料の印刷
と焼成の他にメタライズや無電解メッキ等を用いること
ができる。好ましくはフレーム表面に、ＡｕやＰｄ，Ｓ
ｎ等のメッキ層を設け、基板側の金属層と溶着する。こ
の結果生成する溶着層は、例えばＡｕ−Ｐｄ，Ａｕ−Ｓ
ｎ,Ａｕ−Ａｕ等となる。このようなガスまたは湿度を
検出するセンサを製造するには、基板の裏面をフレーム
に対して位置決めし、例えばパラレルギャップ溶接機で
溶着電流をフレームに流し、その熱で金属層をフレーム
に溶着すれば良い。
【０００７】
【発明の作用】この発明では、ダイボンドは金属層とフ
レームとの溶着で行われ、両者を均一に溶着できるの
で、ダイボンド強度のばらつきが小さい。またフレーム
にガラスペーストを塗布してダイボンドする場合のよう
に、ダイボンド材料が飛散して基板の電極パッドに付着
することが無いので、ワイヤボンド強度のばらつきが小
さい。なおこの発明でもガラス層を用いるが、ガラスペ
ーストからスタートする場合でも、基板のダイシング前
に焼成を完了しているので、ダイボンド時に電極パッド
を汚染することは有り得ない。次にガラス層はセラミッ
クの絶縁基板に比べて熱伝導率が小さいため、ダイボン
ド時の熱衝撃が絶縁基板に伝わり、クラックが発生する
のを防止する。またガラス層は熱伝導率が小さいため、
基板からフレームへの熱伝導を減少させ、センサの消費
電力を減少させる。
レームとの溶着で行われ、両者を均一に溶着できるの
で、ダイボンド強度のばらつきが小さい。またフレーム
にガラスペーストを塗布してダイボンドする場合のよう
に、ダイボンド材料が飛散して基板の電極パッドに付着
することが無いので、ワイヤボンド強度のばらつきが小
さい。なおこの発明でもガラス層を用いるが、ガラスペ
ーストからスタートする場合でも、基板のダイシング前
に焼成を完了しているので、ダイボンド時に電極パッド
を汚染することは有り得ない。次にガラス層はセラミッ
クの絶縁基板に比べて熱伝導率が小さいため、ダイボン
ド時の熱衝撃が絶縁基板に伝わり、クラックが発生する
のを防止する。またガラス層は熱伝導率が小さいため、
基板からフレームへの熱伝導を減少させ、センサの消費
電力を減少させる。
【０００８】
【実施例】図１〜図３に実施例を示す。図１において、
２はアルミナ等のセラミック絶縁基板で、これ以外にム
ライトやスピネル等も用いることができ、結晶質のセラ
ミック基板とする。４は４２合金等のフレームである。
６，６はパラレルギャップ溶接機の一対の溶着電極で、
この間を流れる溶着電流ｉによりパラレルギャップ溶着
を行い、基板２をフレーム４に溶着する。８はダイボン
ド用の位置決め治具、１０は絶縁基板２の裏面に設けた
金属層、１２は金属層１０と絶縁基板２との間のガラス
層で、ガラス層１２上に金属層１０を積層する。金属層
１２はここでは金ペーストを焼成したものとし、好まし
い厚さは０.５〜３０μｍで、ここでは２μｍ厚とす
る。金属層１０には、金ペースト以外に、メタライジン
グや無電解メッキ等によるものも用いることができる。
金属層１０の好ましい材質はＡｕで、これ以外にＰｄや
Ｒｈ，Ｐｔ等の貴金属や、ＮｉやＣｒ等の卑金属も用い
ることができる。ガラス層１２は厚さ５〜２００μｍ程
度が好ましく、より好ましくは１０〜５０μｍとし、熱
膨張率が基板２と近く、例えば熱膨張率が基板２と±２
０％の範囲、より好ましくは±１０％の範囲で一致する
ものが好ましい。ガラス層１２は、セラミック結晶質の
基板２に比べて、熱伝導率が小さい。
２はアルミナ等のセラミック絶縁基板で、これ以外にム
ライトやスピネル等も用いることができ、結晶質のセラ
ミック基板とする。４は４２合金等のフレームである。
６，６はパラレルギャップ溶接機の一対の溶着電極で、
この間を流れる溶着電流ｉによりパラレルギャップ溶着
を行い、基板２をフレーム４に溶着する。８はダイボン
ド用の位置決め治具、１０は絶縁基板２の裏面に設けた
金属層、１２は金属層１０と絶縁基板２との間のガラス
層で、ガラス層１２上に金属層１０を積層する。金属層
１２はここでは金ペーストを焼成したものとし、好まし
い厚さは０.５〜３０μｍで、ここでは２μｍ厚とす
る。金属層１０には、金ペースト以外に、メタライジン
グや無電解メッキ等によるものも用いることができる。
金属層１０の好ましい材質はＡｕで、これ以外にＰｄや
Ｒｈ，Ｐｔ等の貴金属や、ＮｉやＣｒ等の卑金属も用い
ることができる。ガラス層１２は厚さ５〜２００μｍ程
度が好ましく、より好ましくは１０〜５０μｍとし、熱
膨張率が基板２と近く、例えば熱膨張率が基板２と±２
０％の範囲、より好ましくは±１０％の範囲で一致する
ものが好ましい。ガラス層１２は、セラミック結晶質の
基板２に比べて、熱伝導率が小さい。
【０００９】１４は金メッキ層で、４２合金のフレーム
４の表面に設け、これ以外にＰｄメッキやＮｉメッキあ
るいはＳｎメッキ等としても良い。これらのうちで最も
好ましいものは、溶着の簡単なＡｕの金属層１０と金メ
ッキ層１４とを用いることである。また１６は、基板２
の反対面に設けたセンサ本体である。
４の表面に設け、これ以外にＰｄメッキやＮｉメッキあ
るいはＳｎメッキ等としても良い。これらのうちで最も
好ましいものは、溶着の簡単なＡｕの金属層１０と金メ
ッキ層１４とを用いることである。また１６は、基板２
の反対面に設けたセンサ本体である。
【００１０】図２に、絶縁基板２の表裏を示す。絶縁基
板２の表面にはセンサ本体１６を設け、これは３つの電
極パッド１８，１８，１８と、ＲｕＯ2等のヒータ膜２
０，ＳｉＯ2等の絶縁膜２２，ＳｎＯ2膜２４とからな
り、ヒータ膜２０を下層に、絶縁膜２２を中間層に、Ｓ
ｎＯ2膜２４を表面層となるように積層する。ヒータ膜
２０，ＳｎＯ2膜２４にはそれぞれ電極パッド１８，１
８，１８から引き出した電極を接続する。ここではＳｎ
Ｏ2膜２４を用いてガスセンサとしたが、ＳｎＯ2膜２４
に替えて２００〜４００℃程度で動作するプロトン導電
体等の感湿膜を用いれば湿度センサとなる。
板２の表面にはセンサ本体１６を設け、これは３つの電
極パッド１８，１８，１８と、ＲｕＯ2等のヒータ膜２
０，ＳｉＯ2等の絶縁膜２２，ＳｎＯ2膜２４とからな
り、ヒータ膜２０を下層に、絶縁膜２２を中間層に、Ｓ
ｎＯ2膜２４を表面層となるように積層する。ヒータ膜
２０，ＳｎＯ2膜２４にはそれぞれ電極パッド１８，１
８，１８から引き出した電極を接続する。ここではＳｎ
Ｏ2膜２４を用いてガスセンサとしたが、ＳｎＯ2膜２４
に替えて２００〜４００℃程度で動作するプロトン導電
体等の感湿膜を用いれば湿度センサとなる。
【００１１】図３に、組立後のガスセンサを示す。４は
前記のフレームで、３０，３２，３４は他の３つのフレ
ームである。フレーム３０，３２，３４には、電極パッ
ド１８との間で、ボンディングワイヤ３８をワイヤボン
ディングする。ワイヤボンディングは例えばフレーム３
０，３２，３４側をファーストボンド，電極パッド１８
側をセカンドボンドとするが、反対に電極パッド１８側
をファーストボンド、フレーム３０，３２，３４側をセ
カンドボンドとしても良い。４０はセンサの樹脂製ベー
スで、フレーム４，３０，３２，３４と一体に成型し、
フレーム４，３４はベース４０の内部で１本にまとめて
ある。３６は板フレームで、基板２をダイボンドしたフ
レーム４と他のフレーム３４とを結合し、フレーム４の
変形を防止する。枝フレーム３６は設けなくても良い。
枝フレーム３６を設けるのは、金属の薄板からのリード
フレームへのエッチングパターンを変えるだけで良く、
極めて簡単である。なおフレーム４，３０，３２，３４
は元々は図示しないタイバーに結合したリードフレーム
であり、タイバーから分離する前にベース４０を成型す
る。ガスまたは湿度を検出するセンサ（ガス・湿度セン
サ）にはこれ以外に金網付きのキャップがあるが、周知
なので省略する。
前記のフレームで、３０，３２，３４は他の３つのフレ
ームである。フレーム３０，３２，３４には、電極パッ
ド１８との間で、ボンディングワイヤ３８をワイヤボン
ディングする。ワイヤボンディングは例えばフレーム３
０，３２，３４側をファーストボンド，電極パッド１８
側をセカンドボンドとするが、反対に電極パッド１８側
をファーストボンド、フレーム３０，３２，３４側をセ
カンドボンドとしても良い。４０はセンサの樹脂製ベー
スで、フレーム４，３０，３２，３４と一体に成型し、
フレーム４，３４はベース４０の内部で１本にまとめて
ある。３６は板フレームで、基板２をダイボンドしたフ
レーム４と他のフレーム３４とを結合し、フレーム４の
変形を防止する。枝フレーム３６は設けなくても良い。
枝フレーム３６を設けるのは、金属の薄板からのリード
フレームへのエッチングパターンを変えるだけで良く、
極めて簡単である。なおフレーム４，３０，３２，３４
は元々は図示しないタイバーに結合したリードフレーム
であり、タイバーから分離する前にベース４０を成型す
る。ガスまたは湿度を検出するセンサ（ガス・湿度セン
サ）にはこれ以外に金網付きのキャップがあるが、周知
なので省略する。
【００１２】
【試験例１】図１〜図３の実施例のガスセンサを１００
個製造し、フレーム４，３０，３２，３４には全面に厚
さ０.２μｍの金メッキを施した。厚さ３８０μｍのア
ルミナの絶縁基板２の裏面に、ガラスペーストを印刷し
焼成して、ガラス層１２を形成した。用いた材質は日本
電気硝子製のクロスオーバガラスＰＬＳ３３１０（ＰＬ
Ｓ３３１０は商品名）で、材質はＳｉ１１重量％，Ａｌ
６.７重量％，Ｍｇ８.２重量％，Ｃａ２.５重量％，Ｎ
ａ２.５重量％，Ｚｎ６.１重量％，Ｚｒ２.５重量％，
Ｂｉ１.４重量％，残りは酸素で、焼成温度は８５０℃
で、焼成により結晶化する結晶化ガラスである。ガラス
層１２の膜厚は１６μｍと３２μｍの２種とし、その熱
伝導率は０.０３Ｊ／（ｓｅｃ・ｃｍ・℃）でアルミナ
の熱伝導率０.３Ｊ／（ｓｅｃ・ｃｍ・℃）の約１／１
０である。なお用いたガラス層１２の熱伝導率はガラス
としては標準的な値で特に小さなものではないが、それ
でもアルミナの熱伝導率の約１／１０である。１６μｍ
厚のガラス層１２を用いると、厚さがアルミナ基板２の
約４％、熱伝導率が約１／１０であるため、フレーム４
からの熱損失は約１／３減少し、３２μｍ厚のガラス層
１２を用いると、フレーム４からの熱損失は約１／２減
少する。ガラス層１２の熱膨張率（線膨張率）は０.０
３×１０-4／℃で、アルミナの熱膨張率との差は±１０
％以下で、熱膨張率はほぼ一致する。金属層１０として
厚さ２μｍの金ペースト層を用い、ガラス層１２の焼成
後でセンサ本体１６の形成前に、基板２の裏面に塗布し
て焼成した。次にセンサ本体１６を形成し、基板をダイ
シングして個々の基板２とした。
個製造し、フレーム４，３０，３２，３４には全面に厚
さ０.２μｍの金メッキを施した。厚さ３８０μｍのア
ルミナの絶縁基板２の裏面に、ガラスペーストを印刷し
焼成して、ガラス層１２を形成した。用いた材質は日本
電気硝子製のクロスオーバガラスＰＬＳ３３１０（ＰＬ
Ｓ３３１０は商品名）で、材質はＳｉ１１重量％，Ａｌ
６.７重量％，Ｍｇ８.２重量％，Ｃａ２.５重量％，Ｎ
ａ２.５重量％，Ｚｎ６.１重量％，Ｚｒ２.５重量％，
Ｂｉ１.４重量％，残りは酸素で、焼成温度は８５０℃
で、焼成により結晶化する結晶化ガラスである。ガラス
層１２の膜厚は１６μｍと３２μｍの２種とし、その熱
伝導率は０.０３Ｊ／（ｓｅｃ・ｃｍ・℃）でアルミナ
の熱伝導率０.３Ｊ／（ｓｅｃ・ｃｍ・℃）の約１／１
０である。なお用いたガラス層１２の熱伝導率はガラス
としては標準的な値で特に小さなものではないが、それ
でもアルミナの熱伝導率の約１／１０である。１６μｍ
厚のガラス層１２を用いると、厚さがアルミナ基板２の
約４％、熱伝導率が約１／１０であるため、フレーム４
からの熱損失は約１／３減少し、３２μｍ厚のガラス層
１２を用いると、フレーム４からの熱損失は約１／２減
少する。ガラス層１２の熱膨張率（線膨張率）は０.０
３×１０-4／℃で、アルミナの熱膨張率との差は±１０
％以下で、熱膨張率はほぼ一致する。金属層１０として
厚さ２μｍの金ペースト層を用い、ガラス層１２の焼成
後でセンサ本体１６の形成前に、基板２の裏面に塗布し
て焼成した。次にセンサ本体１６を形成し、基板をダイ
シングして個々の基板２とした。
【００１３】センサ本体１６を保護するように、基板２
を治具８にセットし、フレーム４を重ね合わせて、溶着
電極６，６を用いて溶着電流（溶着エネルギー１.３Ｋ
Ｗ）を流し、パラレルギャップ溶着した。溶着電流は交
流６０Ｈｚで、３周期分（１／２０秒間）溶着電流を加
えた。溶着電流による発熱によって金属層１０と金メッ
キ層１４とが溶着する。両者の界面を剥離させて検査す
ると、熱圧着に近い状態で溶着しており、センサ毎の溶
着状況のばらつきは小さかった。これは溶着電流による
発熱で金メッキ層１４と金属層１０が溶着するためで、
溶着電流は一部が金メッキ層１４内を、一部が金属層１
０内を流れると考えられる。なおダイボンド強度を増す
ため、実施例では基板２に対して２箇所でパラレルギャ
ップによる溶着を行った。パラレルギャップ溶着後に、
ワイヤボンダーを用いて電極パッド１８とフレーム３
０，３２，３４にボンディングワイヤ３８をワイヤボン
ディングした。ワイヤボンディングには直径３０μｍの
Ａｕ線を用い、ワイヤボンディング条件はフレーム３
０，３２，３４側がファーストボンド、電極パッド１８
側がセカンドボンドで、超音波熱圧着を用い、フレーム
３０，３２，３４や基板２の温度が２００℃，ボンディ
ング荷重がファーストボンド側で７０ｇ，セカンドボン
ド側で７０ｇ，超音波エネルギーがファーストボンド側
で１Ｗ，セカンドボンド側で３Ｗとした。
を治具８にセットし、フレーム４を重ね合わせて、溶着
電極６，６を用いて溶着電流（溶着エネルギー１.３Ｋ
Ｗ）を流し、パラレルギャップ溶着した。溶着電流は交
流６０Ｈｚで、３周期分（１／２０秒間）溶着電流を加
えた。溶着電流による発熱によって金属層１０と金メッ
キ層１４とが溶着する。両者の界面を剥離させて検査す
ると、熱圧着に近い状態で溶着しており、センサ毎の溶
着状況のばらつきは小さかった。これは溶着電流による
発熱で金メッキ層１４と金属層１０が溶着するためで、
溶着電流は一部が金メッキ層１４内を、一部が金属層１
０内を流れると考えられる。なおダイボンド強度を増す
ため、実施例では基板２に対して２箇所でパラレルギャ
ップによる溶着を行った。パラレルギャップ溶着後に、
ワイヤボンダーを用いて電極パッド１８とフレーム３
０，３２，３４にボンディングワイヤ３８をワイヤボン
ディングした。ワイヤボンディングには直径３０μｍの
Ａｕ線を用い、ワイヤボンディング条件はフレーム３
０，３２，３４側がファーストボンド、電極パッド１８
側がセカンドボンドで、超音波熱圧着を用い、フレーム
３０，３２，３４や基板２の温度が２００℃，ボンディ
ング荷重がファーストボンド側で７０ｇ，セカンドボン
ド側で７０ｇ，超音波エネルギーがファーストボンド側
で１Ｗ，セカンドボンド側で３Ｗとした。
【００１４】比較例として、特開昭６３−１５９，７４
４号に準拠して、結晶化ガラスによるダイボンディング
を行った。基板２の構造は、ガラス層１２や金属層１０
を設けなかった他は、実施例と同様である。フレーム４
上に結晶化ガラスのペーストを塗布し、基板２の裏面を
接触させて、フレーム４の側からダイボンド用のヒータ
（ヒータ２０とは別体）で約７５０℃まで加熱した。加
熱によってガラスペーストは溶融した後結晶化し、基板
２はフレーム４にダイボンディングされた。またこの時
ガラスペーストは沸騰し、ガラス成分やベヒクルの一部
が基板２のセンサ本体１６側まで回り込んだ。ダイボン
ディングの後に、実施例と同じ条件でワイヤボンディン
グを施し、実施例のセンサ（ガラス層１２の膜厚３２μ
ｍ）と比較例のセンサとについて、特性を比較した。な
おダイボンドやワイヤボンドの強度は実施例，比較例共
各センサ１０個を用いて測定した。
４号に準拠して、結晶化ガラスによるダイボンディング
を行った。基板２の構造は、ガラス層１２や金属層１０
を設けなかった他は、実施例と同様である。フレーム４
上に結晶化ガラスのペーストを塗布し、基板２の裏面を
接触させて、フレーム４の側からダイボンド用のヒータ
（ヒータ２０とは別体）で約７５０℃まで加熱した。加
熱によってガラスペーストは溶融した後結晶化し、基板
２はフレーム４にダイボンディングされた。またこの時
ガラスペーストは沸騰し、ガラス成分やベヒクルの一部
が基板２のセンサ本体１６側まで回り込んだ。ダイボン
ディングの後に、実施例と同じ条件でワイヤボンディン
グを施し、実施例のセンサ（ガラス層１２の膜厚３２μ
ｍ）と比較例のセンサとについて、特性を比較した。な
おダイボンドやワイヤボンドの強度は実施例，比較例共
各センサ１０個を用いて測定した。
【００１５】ダイボンド強度を比較すると、実施例では
平均値が約４Ｋｇｗで、ダイボンド強度は３〜５Ｋｇｗ
の範囲に分布していた。これに対して比較例では平均値
が３Ｋｇｗで大差はないが、ダイボンド強度は０.５Ｋ
ｇｗから５Ｋｇｗの範囲に分布し、ダイボンド強度が極
端に低いものが含まれていた。
平均値が約４Ｋｇｗで、ダイボンド強度は３〜５Ｋｇｗ
の範囲に分布していた。これに対して比較例では平均値
が３Ｋｇｗで大差はないが、ダイボンド強度は０.５Ｋ
ｇｗから５Ｋｇｗの範囲に分布し、ダイボンド強度が極
端に低いものが含まれていた。
【００１６】次に実施例と比較例について、ワイヤボン
ド強度を比較した。実施例でのワイヤボンド強度の平均
値は約２０ｇｗ、その分布範囲は１５〜２５ｇｗであっ
たが、比較例では平均値が約１５ｇｗで、分布範囲は１
〜２５ｇｗであった。ワイヤボンド強度が５ｇｗ以下の
ものは実質的にはワイヤボンドされているとはいえず、
振動や落下等の衝撃で容易にボンディングが外れた。比
較例でワイヤボンド強度が極端に低いものが生じる原因
はダイボンド用のガラスペースト中のガラスや有機物残
渣が、加熱時に基板２の反対面に回り込み、電極パッド
１８を汚染するからであった。発明者はこのことを電極
パッド１８の顕微鏡観察で確認した。
ド強度を比較した。実施例でのワイヤボンド強度の平均
値は約２０ｇｗ、その分布範囲は１５〜２５ｇｗであっ
たが、比較例では平均値が約１５ｇｗで、分布範囲は１
〜２５ｇｗであった。ワイヤボンド強度が５ｇｗ以下の
ものは実質的にはワイヤボンドされているとはいえず、
振動や落下等の衝撃で容易にボンディングが外れた。比
較例でワイヤボンド強度が極端に低いものが生じる原因
はダイボンド用のガラスペースト中のガラスや有機物残
渣が、加熱時に基板２の反対面に回り込み、電極パッド
１８を汚染するからであった。発明者はこのことを電極
パッド１８の顕微鏡観察で確認した。
【００１７】なお実施例でもガラス層１２を用いている
が、ガラス層１２は基板２をダイシングする前に、かつ
センサ本体１６を形成する前に、基板２の裏面に印刷し
焼成するので、センサ本体１６やパッド１８の形成時に
は結晶化しており、これらを汚染することはない。
が、ガラス層１２は基板２をダイシングする前に、かつ
センサ本体１６を形成する前に、基板２の裏面に印刷し
焼成するので、センサ本体１６やパッド１８の形成時に
は結晶化しており、これらを汚染することはない。
【００１８】
【試験例２】ガラス層１２を設けなかった他は、実施例
と同一のガスセンサを比較例２として、溶着エネルギー
１.３ＫＷでダイボンドし、その後ワイヤボンドを行っ
た。なおアルミナ基板２の厚さは３８０μｍで、溶着電
流を加える時間は試験例１と同様に６０Ｈｚで３周期分
（１／２０秒）である。またこの溶着条件は以下同じで
ある。ダイボンドやワイヤボンドの強度は実施例でも比
較例２でも変わりがなかったが、比較例２ではダイボン
ド時に、１００個中１３個に基板２にクラックが発生し
た。溶着エネルギーを１.０ＫＷに低下させると、クラ
ックは発生しなくなったが、ダイボンド強度の平均値が
１.５Ｋｇｗ，分布範囲が０.３〜４.０Ｋｇｗに低下し
た。また比較例２でアルミナ基板２の厚さを５００μｍ
とすると、ダイボンド時のクラックは発生しなかった
が、センサ本体２４を４５０℃に加熱するのに必要な電
力が５００ｍＷから６００ｍＷへと増加した。これに対
して実施例では、ガラス層１２の膜厚を１６μｍとして
も３２μｍとしても、１００個中１個もダイボンド時の
クラックは発生しなかった。ガラス層１２により基板２
へのクラックを防止できるのは、ダイボンド時の熱衝撃
がアルミナ基板２に伝わるのを、ガラス層１２の断熱性
で防止したためと考えられる。またセンサ本体２４を５
００℃に加熱するのに必要な電力は、ガラス層１２の膜
厚が１６μｍで約４５０ｍＷ、３２μｍで約４００ｍＷ
となり、消費電力が減少した。これはガラス層１２の熱
伝導率がアルミナ基板２の約１／１０で、フレーム４を
介しての放熱を減少させたためである。
と同一のガスセンサを比較例２として、溶着エネルギー
１.３ＫＷでダイボンドし、その後ワイヤボンドを行っ
た。なおアルミナ基板２の厚さは３８０μｍで、溶着電
流を加える時間は試験例１と同様に６０Ｈｚで３周期分
（１／２０秒）である。またこの溶着条件は以下同じで
ある。ダイボンドやワイヤボンドの強度は実施例でも比
較例２でも変わりがなかったが、比較例２ではダイボン
ド時に、１００個中１３個に基板２にクラックが発生し
た。溶着エネルギーを１.０ＫＷに低下させると、クラ
ックは発生しなくなったが、ダイボンド強度の平均値が
１.５Ｋｇｗ，分布範囲が０.３〜４.０Ｋｇｗに低下し
た。また比較例２でアルミナ基板２の厚さを５００μｍ
とすると、ダイボンド時のクラックは発生しなかった
が、センサ本体２４を４５０℃に加熱するのに必要な電
力が５００ｍＷから６００ｍＷへと増加した。これに対
して実施例では、ガラス層１２の膜厚を１６μｍとして
も３２μｍとしても、１００個中１個もダイボンド時の
クラックは発生しなかった。ガラス層１２により基板２
へのクラックを防止できるのは、ダイボンド時の熱衝撃
がアルミナ基板２に伝わるのを、ガラス層１２の断熱性
で防止したためと考えられる。またセンサ本体２４を５
００℃に加熱するのに必要な電力は、ガラス層１２の膜
厚が１６μｍで約４５０ｍＷ、３２μｍで約４００ｍＷ
となり、消費電力が減少した。これはガラス層１２の熱
伝導率がアルミナ基板２の約１／１０で、フレーム４を
介しての放熱を減少させたためである。
【００１９】
【試験例３】枝フレーム３６を設けなかった実施例と、
枝フレーム３６を設けた実施例とについて、ガス・湿度
センサを１００個ずつ製造し、高さ１ｍからコンクリー
ト床面への落下試験を行い、センサの損傷を調べた。こ
れらの実施例は枝フレーム３６の有無以外は同一であ
る。
枝フレーム３６を設けた実施例とについて、ガス・湿度
センサを１００個ずつ製造し、高さ１ｍからコンクリー
ト床面への落下試験を行い、センサの損傷を調べた。こ
れらの実施例は枝フレーム３６の有無以外は同一であ
る。
【００２０】枝フレーム３６を設けない実施例では、１
００個中２３個にボンディングワイヤ３８の断線が発生
し、発生箇所はファーストボンドあるいはセカンドボン
ドのボンディング部で、ワイヤの途中での断線は見られ
なかった。なおボンディングワイヤ３８が１本でも断線
しているものを断線として、断線個数を集計した。枝フ
レーム３６を設けないセンサでは、基板２が傾き、これ
に伴ってフレーム４が捻れていた。これに対して枝フレ
ーム３６を設けた実施例では、ボンディングワイヤの断
線は１００個中０個であった。枝フレーム３６を設けな
い実施例でフレーム４が捻れるのは、基板２の自重のた
め、落下時の衝撃による加速度でフレーム４に大きな力
が加わるためと考えられる。そしてフレーム４が捻れ、
基板２が傾くと、ボンディングワイヤ３８に無理が加わ
り、ボンディング部が外れる原因となる。これに対して
枝フレーム３６を設けた実施例で断線が生じなかったの
は、枝フレーム３６でフレーム４をフレーム３６に結合
し、枝フレーム３６が一種のかすがい、あるいは梁とな
って、フレーム４の変形を防止したためと考えられる。
００個中２３個にボンディングワイヤ３８の断線が発生
し、発生箇所はファーストボンドあるいはセカンドボン
ドのボンディング部で、ワイヤの途中での断線は見られ
なかった。なおボンディングワイヤ３８が１本でも断線
しているものを断線として、断線個数を集計した。枝フ
レーム３６を設けないセンサでは、基板２が傾き、これ
に伴ってフレーム４が捻れていた。これに対して枝フレ
ーム３６を設けた実施例では、ボンディングワイヤの断
線は１００個中０個であった。枝フレーム３６を設けな
い実施例でフレーム４が捻れるのは、基板２の自重のた
め、落下時の衝撃による加速度でフレーム４に大きな力
が加わるためと考えられる。そしてフレーム４が捻れ、
基板２が傾くと、ボンディングワイヤ３８に無理が加わ
り、ボンディング部が外れる原因となる。これに対して
枝フレーム３６を設けた実施例で断線が生じなかったの
は、枝フレーム３６でフレーム４をフレーム３６に結合
し、枝フレーム３６が一種のかすがい、あるいは梁とな
って、フレーム４の変形を防止したためと考えられる。
【００２１】
【発明の効果】この発明のガスまたは湿度を検出するセ
ンサやその製造方法では、 (1) ダイボンド強度のばらつきが小さく、 (2) ワイヤボンド強度のばらつきが小さく、 (3) ダイボンド時の基板の損傷が生じない。
ンサやその製造方法では、 (1) ダイボンド強度のばらつきが小さく、 (2) ワイヤボンド強度のばらつきが小さく、 (3) ダイボンド時の基板の損傷が生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例のガス・湿度センサの断面図
【図２】 実施例のガス・湿度センサの基板を示す図
【図３】 実施例のガス・湿度センサの要部断面図
２ 絶縁基板 ２２ 絶縁膜
４ フレーム ２４ ＳｎＯ2膜
６ 溶着電極 ３０，３２，３４ フ
レーム ８ 治具 ３６ 枝フレーム １０ 金属層 ３８ ボンディング
ワイヤ １２ ガラス層 ４０ ベース １４ 金メッキ層 １６ センサ本体 １８ 電極パッド ２０ ヒータ膜
レーム ８ 治具 ３６ 枝フレーム １０ 金属層 ３８ ボンディング
ワイヤ １２ ガラス層 ４０ ベース １４ 金メッキ層 １６ センサ本体 １８ 電極パッド ２０ ヒータ膜
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭63−159745（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−159744（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−62539（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−43334（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 27/12
Claims (2)
- 【請求項１】 セラミック絶縁基板上にセンサ本体を形
成し、前記絶縁基板の裏面をフレームにダイボンドした
ガスまたは湿度を検出するセンサにおいて、 前記絶縁基板の裏面にガラス層と金属層とをこの順に積
層し、この金属層を前記フレームに溶着したことを特徴
とする、ガスまたは湿度を検出するセンサ。 - 【請求項２】 セラミック絶縁基板上にセンサ本体を形
成し、前記絶縁基板の裏面をフレームにダイボンドした
ガスまたは湿度を検出するセンサの製造方法において、 前記絶縁基板の裏面にガラス層と金属層とをこの順に積
層し、この金属層を前記フレームにパラレルギャップ溶
接により溶着したことを特徴とする、ガスまたは湿度を
検出するセンサの製造方法 。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12689094A JP3531971B2 (ja) | 1994-05-16 | 1994-05-16 | ガスまたは湿度を検出するセンサとその製造方法 |
| KR1019940026409A KR100313408B1 (ko) | 1994-05-16 | 1994-10-14 | 가스및습도센서 |
| US08/383,217 US5493897A (en) | 1994-05-16 | 1995-02-03 | Gas sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12689094A JP3531971B2 (ja) | 1994-05-16 | 1994-05-16 | ガスまたは湿度を検出するセンサとその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07311173A JPH07311173A (ja) | 1995-11-28 |
| JP3531971B2 true JP3531971B2 (ja) | 2004-05-31 |
Family
ID=14946398
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12689094A Expired - Fee Related JP3531971B2 (ja) | 1994-05-16 | 1994-05-16 | ガスまたは湿度を検出するセンサとその製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3531971B2 (ja) |
| KR (1) | KR100313408B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| US6318151B1 (en) * | 1999-07-26 | 2001-11-20 | Abbott Laboratories | Self-contained sterilant monitoring assembly and method of using same |
| US6450007B1 (en) * | 1999-12-01 | 2002-09-17 | Honeywell International Inc. | Robust single-chip hydrogen sensor |
| US6730270B1 (en) | 2000-02-18 | 2004-05-04 | Honeywell International Inc. | Manufacturable single-chip hydrogen sensor |
| US6634213B1 (en) | 2000-02-18 | 2003-10-21 | Honeywell International Inc. | Permeable protective coating for a single-chip hydrogen sensor |
| JP2002296214A (ja) * | 2001-03-29 | 2002-10-09 | Denso Corp | ガスセンサの検査方法及び製造方法 |
| US6927583B2 (en) * | 2001-05-17 | 2005-08-09 | Siemens Vdo Automotive Inc. | Fuel sensor |
| KR20030013234A (ko) * | 2001-08-07 | 2003-02-14 | 삼성전자주식회사 | 전자레인지 |
| KR20040016605A (ko) * | 2002-08-19 | 2004-02-25 | (주)니즈 | 가스센서 감지소자 조립방법 |
| US20040084308A1 (en) * | 2002-11-01 | 2004-05-06 | Cole Barrett E. | Gas sensor |
| KR20030003171A (ko) * | 2002-11-27 | 2003-01-09 | (주)니즈 | 기판의 구성 층간의 열전도도 차이를 이용한펄스구동방식의 가스센서 제조 |
| JP4462864B2 (ja) * | 2003-07-18 | 2010-05-12 | フィガロ技研株式会社 | ガスセンサの製造方法 |
| US8739623B2 (en) | 2012-03-09 | 2014-06-03 | The University Of Kentucky Research Foundation | Moisture sensors on conductive substrates |
| US20150021180A1 (en) * | 2012-08-01 | 2015-01-22 | National Institute For Materials Science | Highly proton-conductive polymer film, method for producing same, and humidity sensor |
| US12001193B2 (en) * | 2022-03-11 | 2024-06-04 | Applied Materials, Inc. | Apparatus for environmental control of dies and substrates for hybrid bonding |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4204248A (en) * | 1978-11-20 | 1980-05-20 | General Electric Company | Heat transfer mounting arrangement for a solid state device connected to a circuit board |
| CH626479A5 (ja) * | 1979-07-05 | 1981-11-13 | Suisse Horlogerie | |
| FR2492981A1 (fr) * | 1980-07-22 | 1982-04-30 | Socapex | Sonde d'analyse de gaz |
| US4751611A (en) * | 1986-07-24 | 1988-06-14 | Hitachi Chemical Co., Ltd. | Semiconductor package structure |
| JPH0799361B2 (ja) * | 1986-12-23 | 1995-10-25 | フイガロ技研株式会社 | ガスセンサ |
| US4993148A (en) * | 1987-05-19 | 1991-02-19 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing a circuit board |
| JP2755594B2 (ja) * | 1988-03-30 | 1998-05-20 | 株式会社 東芝 | セラミックス回路基板 |
| JPH03136338A (ja) * | 1989-10-23 | 1991-06-11 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置およびその製造のためのロウ付け方法 |
| US5095404A (en) * | 1990-02-26 | 1992-03-10 | Data General Corporation | Arrangement for mounting and cooling high density tab IC chips |
| JPH0732042B2 (ja) * | 1990-10-11 | 1995-04-10 | 富士通株式会社 | スルーホール接続形電子デバイスとその実装方法 |
| US5105258A (en) * | 1990-11-21 | 1992-04-14 | Motorola, Inc. | Metal system for semiconductor die attach |
| US5311404A (en) * | 1992-06-30 | 1994-05-10 | Hughes Aircraft Company | Electrical interconnection substrate with both wire bond and solder contacts |
| US5339216A (en) * | 1993-03-02 | 1994-08-16 | National Semiconductor Corporation | Device and method for reducing thermal cycling in a semiconductor package |
| US5345363A (en) * | 1993-04-07 | 1994-09-06 | Intel Corporation | Method and apparatus of coupling a die to a lead frame with a tape automated bonded tape that has openings which expose portions of the tape leads |
| US5423119A (en) * | 1994-07-08 | 1995-06-13 | Hualon Microelectronics Corporation | Method for manufacturing a hybrid circuit charge-coupled device image sensor |
-
1994
- 1994-05-16 JP JP12689094A patent/JP3531971B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1994-10-14 KR KR1019940026409A patent/KR100313408B1/ko not_active IP Right Cessation
-
1995
- 1995-02-03 US US08/383,217 patent/US5493897A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07311173A (ja) | 1995-11-28 |
| KR100313408B1 (ko) | 2002-06-22 |
| KR950033479A (ko) | 1995-12-26 |
| US5493897A (en) | 1996-02-27 |
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