JP3716165B2 - Pressure detection device package and pressure detection device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力を検出するための圧力検出装置に使用される圧力検出装置用パッケージに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、圧力を検出するための圧力検出装置として静電容量型の圧力検出装置が知られている。この静電容量型の圧力検出装置は、例えば図4に断面図で示すように、セラミックス材料や樹脂材料から成る配線基板21上に、静電容量型の感圧素子22と、パッケージ28に収容された演算用の半導体素子29とを備えている。感圧素子22は、例えばセラミックス材料等の電気絶縁材料から成り、上面中央部に静電容量形成用の一方の電極23が被着された凹部を有する絶縁基体24と、この絶縁基体24の上面に絶縁基体24との間に密閉空間を形成するようにして可撓な状態で接合され、下面に静電容量形成用の他方の電極25が被着された絶縁板26と、各静電容量形成用の電極23・25をそれぞれ外部に電気的に接続するための外部リード端子27とから構成されており、外部の圧力に応じて絶縁板26が撓むことにより各静電容量形成用の電極23・25間に形成される静電容量が変化する。そして、この静電容量の変化を演算用の半導体素子29により演算処理することにより外部の圧力を検出することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の圧力検出装置によると、感圧素子22と半導体素子29とを配線基板21上に個別に実装していることから、圧力検出装置が大型化してしまうとともに圧力検出用の電極23・25と半導体素子29との間の配線が長いものとなり、この長い配線間に不要な静電容量が形成されるため感度が低いという問題点を有していた。
【0004】
そこで、本願出願人は、先に特願2000-178618において、一方の主面に半導体素子が搭載される搭載部を有する絶縁基体と、この絶縁基体の表面および内部に配設され、半導体素子の各電極が電気的に接続される複数の配線導体と、絶縁基体の他方の主面の中央部に被着され、配線導体の一つに電気的に接続された静電容量形成用の第一電極と、絶縁基体の他方の主面に、この主面の中央部との間に密閉空間を形成するように可撓な状態で接合された絶縁板と、この絶縁板の内側主面に第一電極と対向して被着され、配線導体の他の一つに電気的に接続された静電容量形成用の第二電極とを具備する圧力検出装置用パッケージを提案した。この圧力検出装置用パッケージによると、一方の主面に半導体素子が搭載される搭載部を有する絶縁基体の他方の主面に静電容量形成用の第一電極を設けるとともに、この第一電極と対向する静電容量形成用の第二電極を内側面に有する絶縁板を、絶縁基体の他方の主面との間に密閉空間を形成するようにして可撓な状態で接合させたことから、半導体素子を収容するパッケージに感圧素子が一体に形成され、その結果、圧力検出装置を小型とすることができるとともに圧力検出用の電極と半導体素子とを接続する配線を短いものとして、これらの配線間に発生する不要な静電容量を小さなものとすることができる。
【0005】
しかしながら、この特願2000-178618で提案した圧力検出装置用パッケージによると、絶縁板が脆性を有するセラミックス材料から成ることから、この絶縁板に外部の圧力が繰返し印加されると、絶縁板の外周縁に微小なクラックが発生し、これが徐々に絶縁板の中央部まで進行して、遂には、絶縁基体と絶縁板との間の密閉空間の気密性が低下し、そのため外部の圧力を正確に検出することができなくなってしまうことがあるという問題点を有していた。
【0006】
本発明は、かかる上述の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、小型でかつ感度が高く、しかも外部の圧力を長期間にわたり正確に検出することが可能な圧力検出装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧力検出装置用パッケージは、一方の主面に半導体素子が搭載される搭載部を有するセラミック基体と、該セラミック基体の表面および内部に配設され、前記半導体素子の各電極が電気的に接続される複数のメタライズ配線導体と、前記セラミック基体の他方の主面の中央部に被着され、前記メタライズ配線導体の一つに電気的に接続された静電容量形成用の第一メタライズ電極と、前記他方の主面に、前記中央部との間に密閉空間を形成するように可撓な状態で接合されたセラミック板と、該セラミック板の内側主面に前記第一メタライズ電極と対向して被着され、前記メタライズ配線導体の他の一つに電気的に接続された静電容量形成用の第二メタライズ電極とを具備する圧力検出装置用パッケージであって、前記セラミック板は、その外側主面の略全面に、金属粉末を含むメタライズペーストを前記セラミック板用のセラミックグリーンシートとともに焼成することによって形成された補強用メタライズ層が被着されていることを特徴とするものである。
また、本発明の圧力検出装置用パッケージは、前記セラミック基体の下面中央部に前記半導体素子を収容するための凹部が形成されているとともに該凹部の底面中央部が前記搭載部とされており、前記メタライズ配線導体の前記セラミック基体の外周下面に導出した部位を外部電気回路基板の配線導体に接合するようにしたことを特徴とするものである。
本発明の圧力検出装置は、半導体素子と、一方の主面に前記半導体素子が収容される凹部を有するセラミック基体と、該セラミック基体の表面および内部に配設され、前記半導体素子の各電極が電気的に接続される複数のメタライズ配線導体と、前記セラミック基体の他方の主面の中央部に被着され、前記メタライズ配線導体の一つに電気的に接続された静電容量形成用の第一メタライズ電極と、前記他方の主面に、前記中央部との間に密閉空間を形成するように可撓な状態で接合されたセラミック板と、該セラミック板の内側主面に前記第一メタライズ電極と対向して被着され、前記メタライズ配線導体の他の一つに電気的に接続された静電容量形成用の第二メタライズ電極とを具備し、前記メタライズ配線導体がセラミック基体側面より内方に位置する前記セラミック基体の一方の主面で、前記凹部の開口部の周囲に導出されるとともに、該導出部を外部電気回路基板の配線導体に接合するようにしたことを特徴とするものである。
【0008】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、一方の主面に半導体素子が搭載される搭載部を有するセラミック基体の他方の主面に静電容量形成用の第一メタライズ電極を設けるとともに、この第一メタライズ電極と対向する静電容量形成用の第二メタライズ電極を内側面に有するセラミック板を、セラミック基体の他方の主面との間に密閉空間を形成するようにして可撓な状態で接合させたことから、半導体素子を収容するパッケージに感圧素子が一体に形成され、その結果、圧力検出装置を小型とすることができるとともに圧力検出用の電極と半導体素子とを接続する配線を短いものとして、これらの配線間に発生する不要な静電容量を小さなものとすることができる。さらに、セラミック板の外側主面の略全面に補強用のメタライズ層を被着させたことから、セラミック板に外部の圧力が繰返し印加された場合に、セラミック板の外周部にクラックが発生することが有効に防止されるとともに、仮にクラックが発生した場合でもそのクラックがセラミック板の中央部まで進行することが有効に防止される。
【0009】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付の図面を基に詳細に説明する。図1は、本発明の圧力検出装置用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図であり、図中、1はセラミック基体、2はセラミック板、3は半導体素子である。
【0010】
セラミック基体1は、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体・ムライト質焼結体・炭化珪素質焼結体・窒化珪素質焼結体・ガラス−セラミックス等のセラミックス材料から成る積層体であり、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム・酸化珪素・酸化マグネシウム・酸化カルシウム等のセラミック原料粉末に適当な有機バインダ・溶剤・可塑剤・分散剤を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクタブレード法を採用してシート状に成形することにより複数枚のセラミックグリーンシートを得、しかる後、これらのセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工・積層加工・切断加工を施すことにより絶縁基体1用の生セラミック成形体を得るとともにこの生セラミック成形体を約1600℃の温度で焼成することにより製作される。
【0011】
セラミック基体1は、その下面中央部に半導体素子3を収容するための凹部1aが形成されており、これにより半導体素子3を収容する容器として機能する。そして、この凹部1aの底面中央部が半導体素子3が搭載される搭載部1bとなっており、この搭載部1bに半導体素子3を搭載するとともに凹部1a内に例えばエポキシ樹脂等の樹脂製封止材4を充填することにより半導体素子3が封止される。なお、この例では半導体素子3は樹脂製封止材4を凹部1a内に充填することにより封止されるが、半導体素子3はセラミック基体1の下面に金属やセラミックスから成る蓋体を凹部1aを塞ぐように接合させることにより封止されてもよい。
【0012】
また、搭載部1bには半導体素子3の各電極と接続される複数のメタライズ配線導体5が導出しており、このメタライズ配線導体5と半導体素子3の各電極を半田バンプ6等の導電性材料から成る導電性接合部材を介して接合することにより半導体素子3の各電極と各メタライズ配線導体5とが電気的に接続されるとともに半導体素子3が搭載部1bに固定される。なお、この例では、半導体素子3の電極とメタライズ配線導体5とは半田バンプ6を介して接続されるが、半導体素子3の電極とメタライズ配線導体5とはボンディングワイヤ等の他の種類の電気的接続手段により接続されてもよい。
【0013】
メタライズ配線導体5は、半導体素子3の各電極を外部電気回路および後述する第一メタライズ電極7・第二メタライズ電極9に電気的に接続するための導電路として機能し、その一部はセラミック基体1の外周下面に導出し、別の一部は第一メタライズ電極7・第二メタライズ電極9に電気的に接続されている。そして、半導体素子3の各電極をこれらのメタライズ配線導体5に導電性接合材6を介して電気的に接続するとともに半導体素子3を樹脂製封止材4で封止した後、メタライズ配線導体5のセラミック基体1外周下面に導出した部位を外部電気回路基板の配線導体に半田等の導電性接合材を介して接合することにより、内部に収容する半導体素子3が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【0014】
このようなメタライズ配線導体5は、タングステンやモリブデン・銅・銀等の金属粉末メタライズから成り、タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダ・溶剤・可塑剤・分散剤等を添加混合して得たメタライズペーストを従来周知のスクリーン印刷法を採用してセラミック基体1用のセラミックグリーンシートに所定のパターンに印刷塗布し、これをセラミック基体1用の生セラミック成形体とともに焼成することによってセラミック基体1の内部および表面に所定のパターンに形成される。なお、メタライズ配線導体5の露出表面には、メタライズ配線導体5が酸化腐食するのを防止するとともにメタライズ配線導体5と半田等の導電性接合材との接合を良好なものとするために、通常であれば、厚みが1〜10μm程度のニッケルめっき層と厚みが0.1〜3μm程度の金めっき層とが順次被着されている。
【0015】
また、セラミック基体1の上面外周部には高さが0.01〜5mm程度の枠状の突起部1cが設けられており、それにより上面中央部に底面が略平坦な凹部1dが形成されている。この凹部1dは、後述するように、セラミック板2との間に密閉空間を形成するためのものであり、この凹部1dの底面には静電容量形成用の第一メタライズ電極7が被着されている。
【0016】
この第一メタライズ電極7は、後述する第二メタライズ電極9とともに感圧素子用の静電容量を形成するためのものであり、例えば略円形のパターンに形成されている。そして、この第一メタライズ電極7にはメタライズ配線導体5の一つ5aが接続されており、それによりこのメタライズ配線導体5aに半導体素子3の電極を半田バンプ6等の導電性接合材を介して接続すると半導体素子3の電極と第一メタライズ電極7とが電気的に接続されるようになっている。
【0017】
このような第一メタライズ電極7は、タングステンやモリブデン・銅・銀等の金属粉末メタライズから成り、タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダ・溶剤・可塑剤・分散剤を添加混合して得たメタライズペーストを従来周知のスクリーン印刷法を採用してセラミック基体1用のセラミックグリーンシートに印刷塗布し、これをセラミック基体1用の生セラミック成形体とともに焼成することによってセラミック基体1の凹部1d底面に所定のパターンに形成される。なお、第一メタライズ電極7の露出表面には、第一メタライズ電極7が酸化腐食するのを防止するために、通常であれば、厚みが1〜10μm程度のニッケルめっき層が被着されている。
【0018】
また、セラミック基体1の突起部1cの上面にはその全周にわたり枠状の接合用メタライズ層8が被着されており、この接合用メタライズ層8には、下面に第二メタライズ電極9を有するセラミック板2がこの第二メタライズ電極9と接合用メタライズ層8とを銀−銅ろう材等の導電性接合材を介して接合することにより取着されている。
【0019】
この接合用メタライズ層8にはメタライズ配線導体5の一つ5bが接続されており、それによりこのメタライズ配線導体5bに半導体素子3の電極を半田バンプ6等の導電性接合材を介して電気的に接続すると接合用メタライズ層8に接続された第二メタライズ電極9と半導体素子3の電極とが電気的に接続されるようになっている。
【0020】
接合用メタライズ層8は、タングステンやモリブデン・銅・銀等の金属粉末メタライズから成り、タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダ・溶剤・可塑剤・分散剤を添加混合して得たメタライズペーストを従来周知のスクリーン印刷法を採用してセラミック基体1用のセラミックグリーンシートに印刷塗布し、これをセラミック基体1用の生セラミック成形体とともに焼成することによってセラミック基体1の突起部1c上面に枠状の所定のパターンに形成される。なお、接合用メタライズ層8の露出表面には、接合用メタライズ層8が酸化腐食するのを防止するとともに接合用メタライズ層8と導電性接合材との接合を強固なものとするために、通常であれば、厚みが1〜10μm程度のニッケルめっき層が被着されている。
【0021】
また、セラミック基体1の上面に取着されたセラミック板2は、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体・ムライト質焼結体・窒化珪素質焼結体・炭化珪素質焼結体・ガラス−セラミックス等のセラミックス材料から成る厚みが0.01〜5mmの略平板であり、外部の圧力に応じてセラミック基体1側に撓むいわゆる圧力検出用のダイアフラムとして機能する。
【0022】
なお、セラミック板2は、その厚みが0.01mm未満では、その機械的強度が小さいものとなってしまうため、これに大きな外部圧力が印加された場合に破壊されてしまう危険性が大きなものとなり、他方、5mmを超えると、小さな圧力では撓みにくくなり、圧力検出用のダイアフラムとしては不適となってしまう。したがって、セラミック板2の厚みは0.01〜5mmの範囲が好ましい。
【0023】
このようなセラミック板2は、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム・酸化珪素・酸化マグネシウム・酸化カルシウム等のセラミック原料粉末に適当な有機バインダ・溶剤・可塑剤・分散剤を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクタブレード法を採用してシート状に成形することによりセラミックグリーンシートを得、しかる後、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工や切断加工を施すことによりセラミック板2用の生セラミック成形体を得るとともにこの生セラミック成形体を約1600℃の温度で焼成することにより製作される。
【0024】
また、セラミック板2の下面の略全面には静電容量形成用の第二メタライズ電極9が被着されている。この第二メタライズ電極9は、前述の第一メタライズ電極7とともに感圧素子用の静電容量を形成するための電極として機能するとともにセラミック板2をセラミック基体1に接合するための接合用下地金属層として機能する。
【0025】
このような第二メタライズ電極9は、タングステンやモリブデン・銅・銀等の金属粉末メタライズから成り、タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダ・溶剤・可塑剤・分散剤を添加混合して得たメタライズペーストを従来周知のスクリーン印刷法を採用してセラミック板2用のセラミックグリーンシートに印刷塗布し、これをセラミック板2用の生セラミック成形体とともに焼成することによってセラミック板2の下面の略全面に所定のパターンに形成される。なお、第二メタライズ電極9の露出表面には、第二メタライズ電極9が酸化腐食するのを防止するとともに第二メタライズ電極9と導電性接合材との接合を良好とするために、通常であれば、厚みが1〜10μm程度のニッケルめっき層が被着されている。
【0026】
この第二メタライズ電極9と接合用メタライズ層8とは銀−銅ろう材等の導電性接合材を介して接合されており、それにより、セラミック基体1上面とセラミック板2下面との間に密閉空間が形成されるとともに接合用メタライズ層8と第二メタライズ電極9とが電気的に接続される。
【0027】
このとき、第一メタライズ電極7と第二メタライズ電極9とは、セラミック基体1とセラミック板2との間に形成された空間を挟んで対向しており、これらの間には、第一メタライズ電極7や第二メタライズ電極9の面積および第一メタライズ電極7と第二メタライズ電極9との間隔に応じて所定の静電容量が形成される。そして、セラミック板2の上面に外部の圧力が印加されると、その圧力に応じてセラミック板2がセラミック基体1側に撓んで第一メタライズ電極7と第二メタライズ電極9との間隔が変わり、それにより第一メタライズ電極7と第二メタライズ電極9との間の静電容量が変化するので、外部の圧力の変化を静電容量の変化として感知する感圧素子として機能する。そして、この静電容量の変化を凹部1a内に収容した半導体素子3にメタライズ配線導体5a・5bを介して伝達し、これを半導体素子3で演算処理することによって外部の圧力の大きさを知ることができる。
【0028】
このように、本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、一方の主面に半導体素子3が搭載されるセラミック基体1の他方の主面に、静電容量形成用の第一メタライズ電極7を設けるとともにこの第一メタライズ電極7と対向する静電容量形成用の第二メタライズ電極9を内側主面に有するセラミック板2をセラミック基体1との間に密閉空間を形成するように可撓な状態で接合させたことから、半導体素子3を収容する容器と感圧素子とが一体となり、その結果、圧力検出装置を小型化することができる。また、静電容量形成用の第一メタライズ電極7および第二メタライズ電極9を、セラミック基体1に設けたメタライズ配線導体5a・5bを介して半導体素子3に接続することから、第一メタライズ電極7および第二メタライズ電極9を短い距離で半導体素子3に接続することができ、その結果、これらのメタライズ配線導体5a・5b間に発生する不要な静電容量を小さなものとして感度の高い圧力検出装置を提供することができる。
【0029】
なお、第一メタライズ電極7と第二メタライズ電極9との間隔が1気圧中において0.01mm未満の場合、セラミック板2に大きな圧力が印加された際に、第一メタライズ電極7と第二メタライズ電極9とが接触して圧力を検出することができなくなってしまう危険性があり、他方、5mmを超えると、第一メタライズ電極7と第二メタライズ電極9との間に形成される静電容量が小さなものとなり、圧力を検出する感度が低いものとなる傾向にある。したがって、第一メタライズ電極7と第二メタライズ電極9との間隔は、1気圧中において0.01〜5mmの範囲が好ましい。
【0030】
また、セラミック板2の上面には、補強用のメタライズ層10がその略全面にわたり被着されている。補強用メタライズ層10は、タングステンやモリブデン・銅・銀等の金属粉末メタライズから成り、セラミック板2に外部の圧力が繰返し印加された場合に、セラミック板2の外周部にクラックが発生するのを防止するとともに、仮にクラックが発生した場合であってもそのクラックがセラミック板2の中央部まで進行するのを防止するための障壁として機能する。このように、本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、セラミック板2の外側主面の略全面に補強用メタライズ層10が被着されていることから、セラミック板2に外部の圧力が繰返し印加された場合であっても、セラミック板2の外周部にクラックが発生することが有効に防止されるとともに、仮にクラックが発生したとしてもそのクラックがセラミック板2の中央部まで進行することが有効に防止され、その結果、セラミック基体1とセラミック板2との間に形成された密閉空間の気密性が低下することはなく、したがって外部の圧力を長期間にわたり正確に検出することが可能である。
【0031】
なお、補強用メタライズ層10は、その厚みが5μm未満の場合、セラミック板2に外部の圧力が繰返し印加された場合に、セラミック板2の外周部にクラックが発生することおよびそのクラックがセラミック板2の中央部まで進行するのを有効に防止することができなくなる危険性が大きくなり、他方50μmを超えると、セラミック板2と補強用メタライズ層10との熱膨張係数の相違に起因して補強用メタライズ層10がセラミック板2から剥離する危険性が大きなものとなる。したがって、補強用メタライズ層10の厚みは、5〜50μmの範囲が好ましい。
【0032】
このような補強用メタライズ層10は、タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダ・溶剤・可塑剤・分散剤を添加混合して得たメタライズペーストを従来周知のスクリーン印刷法を採用してセラミック板2用のセラミックグリーンシートに印刷塗布し、これをセラミック板2用の生セラミック成形体とともに焼成することによってセラミック板2の上面の略全面に所定のパターンに形成される。また、補強用メタライズ層10の露出表面には、補強用メタライズ層10が酸化腐食するのを防止するために、通常であれば、厚みが1〜10μm程度のニッケルめっき層および厚みが0.1〜3μm程度の金めっき層が被着されている。
【0033】
かくして、上述の圧力検出装置用パッケージによれば、搭載部1bに半導体素子3を搭載するとともに半導体素子3の各電極とメタライズ配線導体5とを電気的に接続し、しかる後、半導体素子3を封止することによって小型でかつ感度の高く、しかも外部の圧力を長期間にわたり正確に検出することが可能な高信頼性の圧力検出装置となる。
【0034】
なお、本発明は、上述の実施の形態の一例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば上述の実施の形態の一例では、セラミック基体1の上面外周部に枠状の突起部1cを設け、この突起部1c上にセラミック板2を接合することによりセラミック基体1上面とセラミック板2との間に密閉空間を設けるようにしたが、本発明は図2に断面図で示すように、セラミック板2の下面外周部に枠状の突起部2aを設け、これをセラミック基体1上面に接合することによってセラミック基体1とセラミック板2との間に密閉空間を設けるようにしてもよい。この場合、突起部2a下面に接合用メタライズ層11を設けておき、この接合用メタライズ層11を接合用メタライズ層8に銀−銅ろう等の導電性接合材を介して接合すればよい。なお、接合用メタライズ層11と第二メタライズ電極9とは、セラミック板2にこれらを接続するための接続用メタライズ導体12を設けることにより電気的に接続しておけばよい。
【0035】
さらに、本発明は図3に断面図で示すように、セラミック基体1の上面外周部に例えば鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等から成る金属枠体13を銀−銅ろう等の導電性接合材を介して接合させておき、この金属枠体13上にセラミック板2を銀−銅ろう等の導電性接合材を介して接合させることによりセラミック基体1とセラミック板2との間に密閉空間を設けるようにしてもよい。
【0036】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、一方の主面に半導体素子が搭載される搭載部を有するセラミック基体の他方の主面に静電容量形成用の第一メタライズ電極を設けるとともに、この第一メタライズ電極と対向する静電容量形成用の第二メタライズ電極を内側面に有するセラミック板を、セラミック基体の他方の主面との間に密閉空間を形成するようにして可撓な状態で接合させたことから、半導体素子を収容するパッケージに感圧素子が一体となり、その結果、圧力検出装置を小型とすることができる。また、静電容量形成用の第一メタライズ電極および第二メタライズ電極を、絶縁基体に設けたメタライズ配線導体を介して半導体素子に接続することから、第一メタライズ電極および第二メタライズ電極を短い距離で半導体素子に接続することができ、その結果、これらのメタライズ配線導体間に発生する不要な静電容量を小さなものとして感度の高い圧力検出装置を提供することができる。さらに、セラミック板の外側主面の略全面に補強用のメタライズ層を被着させたことから、セラミック板に外部の圧力が繰返し印加された場合であっても、セラミック板の外周部にクラックが発生することを有効に防止することができるとともに、仮にクラックが発生したとしてもそのクラックがセラミック板の中央部まで進行することが有効に防止され、その結果、セラミック基板とセラミック板との間に形成された密閉空間の気密性が低下することはなく、したがって外部の圧力を長期間にわたり正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の圧力検出装置用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図2】本発明の圧力検出装置用パッケージの実施形態の他の例を示す断面図である。
【図3】本発明の圧力検出装置用パッケージの実施形態のさらに他の例を示す断面図である。
【図4】従来の圧力検出装置を示す断面図である。
【符号の説明】
1・・・・・セラミック基体
2・・・・・セラミック板
3・・・・・半導体素子
5,5a,5b・・・・・メタライズ配線導体
7・・・・・第一メタライズ電極
9・・・・・第二メタライズ電極
10・・・・・補強用メタライズ層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pressure detection device package used in a pressure detection device for detecting pressure.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a capacitance type pressure detection device is known as a pressure detection device for detecting pressure. For example, as shown in a cross-sectional view in FIG. 4, the capacitance type pressure detection device is accommodated in a capacitance type pressure
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to this conventional pressure detection device, since the pressure
[0004]
Therefore, the applicant of the present application previously described in Japanese Patent Application No. 2000-178618, an insulating base having a mounting portion on which a semiconductor element is mounted on one main surface, and the surface of and inside the insulating base, A plurality of wiring conductors to which each electrode is electrically connected, and a first capacitor for forming a capacitance that is attached to the central portion of the other main surface of the insulating base and is electrically connected to one of the wiring conductors. An insulating plate joined in a flexible state so as to form a sealed space between the electrode and the other main surface of the insulating base, and a central portion of the main surface; and an inner main surface of the insulating plate There has been proposed a pressure sensing device package comprising a second electrode for forming a capacitance that is deposited opposite to one electrode and is electrically connected to the other one of the wiring conductors. According to this pressure detection device package, the first electrode for forming a capacitance is provided on the other main surface of the insulating base having the mounting portion on which the semiconductor element is mounted on one main surface. Since the insulating plate having the second electrode for forming the opposing capacitance on the inner surface is joined in a flexible state so as to form a sealed space between the other main surface of the insulating base, A pressure-sensitive element is integrally formed in a package that houses a semiconductor element. As a result, the pressure detection device can be reduced in size, and the wiring for connecting the pressure detection electrode and the semiconductor element can be shortened. Unnecessary capacitance generated between the wirings can be reduced.
[0005]
However, according to the package for a pressure detection device proposed in Japanese Patent Application No. 2000-178618, the insulating plate is made of a brittle ceramic material. Therefore, when external pressure is repeatedly applied to the insulating plate, Small cracks are generated at the periphery, and this gradually progresses to the center of the insulating plate. Finally, the hermeticity of the sealed space between the insulating base and the insulating plate is lowered, so that the external pressure can be accurately adjusted. There has been a problem that it may become impossible to detect.
[0006]
The present invention has been completed in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a pressure detection device that is small in size and high in sensitivity and can accurately detect external pressure over a long period of time. There is to do.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A package for a pressure detection device according to the present invention includes a ceramic base having a mounting portion on which a semiconductor element is mounted on one main surface, and a surface and inside of the ceramic base, and each electrode of the semiconductor element is electrically A plurality of metallized wiring conductors connected to a first metallization for forming a capacitance, which is attached to a central portion of the other main surface of the ceramic base and is electrically connected to one of the metallized wiring conductors An electrode, a ceramic plate joined in a flexible state so as to form a sealed space between the other main surface and the central portion; and the first metallized electrode on the inner main surface of the ceramic plate; A package for a pressure detection device comprising a second metallization electrode for forming a capacitance, which is deposited oppositely and electrically connected to another one of the metallized wiring conductors, the ceramic plate The reinforcing metallization layer formed by firing a metallized paste containing metal powder together with the ceramic green sheet for the ceramic plate is applied to substantially the entire outer main surface. is there.
Further, in the package for a pressure detection device of the present invention, a concave portion for accommodating the semiconductor element is formed in the central portion of the lower surface of the ceramic substrate, and the central portion of the bottom surface of the concave portion is the mounting portion. A portion of the metallized wiring conductor led out to the lower surface of the outer periphery of the ceramic base is joined to the wiring conductor of the external electric circuit board.
The pressure detection device of the present invention includes a semiconductor element, a ceramic base having a concave portion in which the semiconductor element is accommodated on one main surface, a surface of the ceramic base and the inside thereof, and each electrode of the semiconductor element includes A plurality of metallized wiring conductors that are electrically connected to each other and a central portion of the other main surface of the ceramic base, and a first capacitor for forming a capacitance that is electrically connected to one of the metallized wiring conductors. A ceramic plate joined in a flexible state so as to form a sealed space between the one metallized electrode and the other main surface with the central portion; and the first metallized on the inner main surface of the ceramic plate A second metallization electrode for forming a capacitance, which is deposited opposite to the electrode and electrically connected to the other one of the metallized wiring conductors, and the metallized wiring conductors from the side surface of the ceramic substrate One main surface of the ceramic base located on the side is led out around the opening of the recess, and the lead is joined to the wiring conductor of the external electric circuit board It is.
[0008]
According to the pressure detection device package of the present invention, the first metallization electrode for forming the capacitance is provided on the other main surface of the ceramic base having the mounting portion on which the semiconductor element is mounted on one main surface. A ceramic plate having a second metallized electrode for forming a capacitance opposite to the first metallized electrode on its inner surface is flexible so as to form a sealed space between the other main surface of the ceramic substrate. As a result, the pressure-sensitive element is integrally formed in the package that accommodates the semiconductor element. As a result, the pressure detection device can be miniaturized and wiring for connecting the pressure detection electrode and the semiconductor element can be provided. As short, unnecessary capacitance generated between these wirings can be reduced. Furthermore, since a reinforcing metallization layer is applied to substantially the entire outer main surface of the ceramic plate, cracks may occur in the outer periphery of the ceramic plate when external pressure is repeatedly applied to the ceramic plate. Is effectively prevented, and even if a crack occurs, it is effectively prevented that the crack progresses to the center of the ceramic plate.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a pressure detection device package according to the present invention, in which 1 is a ceramic substrate, 2 is a ceramic plate, and 3 is a semiconductor element.
[0010]
The
[0011]
The
[0012]
Further, a plurality of metallized
[0013]
The metallized
[0014]
Such a metallized
[0015]
Further, a frame-shaped protrusion 1c having a height of about 0.01 to 5 mm is provided on the outer peripheral portion of the upper surface of the
[0016]
The first metallized electrode 7 is for forming a capacitance for a pressure sensitive element together with a second metallized electrode 9 to be described later, and is formed in a substantially circular pattern, for example. The first metallized electrode 7 is connected to one of the metallized
[0017]
Such a first metallized electrode 7 is made of metal powder metallization such as tungsten, molybdenum, copper, and silver, and is obtained by adding and mixing an appropriate organic binder, solvent, plasticizer, and dispersant to metal powder such as tungsten. The metallized paste is printed and applied to a ceramic green sheet for the
[0018]
Further, a frame-like
[0019]
One metal
[0020]
The
[0021]
The ceramic plate 2 attached to the upper surface of the
[0022]
In addition, since the mechanical strength of the ceramic plate 2 is less than 0.01 mm, the mechanical strength becomes small. Therefore, there is a high risk of being destroyed when a large external pressure is applied thereto. On the other hand, when it exceeds 5 mm, it becomes difficult to bend at a small pressure, and it becomes unsuitable as a diaphragm for pressure detection. Therefore, the thickness of the ceramic plate 2 is preferably in the range of 0.01 to 5 mm.
[0023]
If such a ceramic plate 2 is made of, for example, an aluminum oxide sintered body, a suitable organic binder, solvent, plasticizer, dispersion for ceramic raw material powder such as aluminum oxide, silicon oxide, magnesium oxide, calcium oxide, etc. A ceramic green sheet is obtained by adding an agent and mixing it into a mud and forming it into a sheet using the well-known doctor blade method, and then punching or cutting the ceramic green sheet appropriately. The green ceramic molded body for the ceramic plate 2 is obtained by processing, and the green ceramic molded body is manufactured by firing at a temperature of about 1600 ° C.
[0024]
Further, a second metallized electrode 9 for forming a capacitance is deposited on substantially the entire lower surface of the ceramic plate 2. The second metallized electrode 9 functions as an electrode for forming a capacitance for a pressure sensitive element together with the first metallized electrode 7 described above, and is a bonding base metal for bonding the ceramic plate 2 to the
[0025]
Such a second metallized electrode 9 is made of metal powder metallization such as tungsten, molybdenum, copper, and silver, and is obtained by adding and mixing an appropriate organic binder, solvent, plasticizer, and dispersant to metal powder such as tungsten. The metallized paste is printed and applied to a ceramic green sheet for the ceramic plate 2 using a conventionally well-known screen printing method, and this is fired together with a green ceramic molded body for the ceramic plate 2, thereby substantially the entire lower surface of the ceramic plate 2. In a predetermined pattern. In order to prevent the second metallized electrode 9 from being oxidatively corroded on the exposed surface of the second metallized electrode 9, and to improve the bonding between the second metallized electrode 9 and the conductive bonding material, it is usual. For example, a nickel plating layer having a thickness of about 1 to 10 μm is applied.
[0026]
The second metallized electrode 9 and the bonding metallized
[0027]
At this time, the first metallized electrode 7 and the second metallized electrode 9 are opposed to each other with a space formed between the
[0028]
Thus, according to the package for a pressure detection device of the present invention, the first metallized electrode 7 for forming a capacitance is formed on the other main surface of the
[0029]
In addition, when the space | interval of the 1st metallization electrode 7 and the 2nd metallization electrode 9 is less than 0.01 mm in 1 atmosphere, when a big pressure is applied to the ceramic board 2, the 1st metallization electrode 7 and the 2nd metallization electrode There is a risk that the pressure cannot be detected due to contact with 9, and on the other hand, if the thickness exceeds 5 mm, the capacitance formed between the first metallized electrode 7 and the second metallized electrode 9 is increased. It tends to be small, and the sensitivity to detect pressure tends to be low. Therefore, the distance between the first metallized electrode 7 and the second metallized electrode 9 is preferably in the range of 0.01 to 5 mm at 1 atmosphere.
[0030]
Further, a reinforcing
[0031]
When the thickness of the reinforcing
[0032]
Such a reinforcing
[0033]
Thus, according to the above-described package for the pressure detection device, the
[0034]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiment, a frame-like protrusion 1c is provided on the outer peripheral portion of the upper surface of the
[0035]
Further, according to the present invention, as shown in a cross-sectional view in FIG. 3, a
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the pressure detection device package of the present invention, the first main surface for forming a capacitance is formed on the other main surface of the ceramic substrate having the mounting portion on which the semiconductor element is mounted on one main surface. A ceramic plate having a metallized electrode and a second metallized electrode for forming a capacitance opposite to the first metallized electrode on the inner surface is formed to form a sealed space between the other main surface of the ceramic substrate. Thus, since the pressure-sensitive element is integrated with the package that accommodates the semiconductor element, the pressure detection device can be downsized. In addition, since the first metallization electrode and the second metallization electrode for forming the capacitance are connected to the semiconductor element through the metallization wiring conductor provided on the insulating base, the first metallization electrode and the second metallization electrode are connected at a short distance. As a result, it is possible to provide a highly sensitive pressure detecting device with a small unnecessary capacitance generated between these metallized wiring conductors. Furthermore, since a reinforcing metallization layer is applied to substantially the entire outer main surface of the ceramic plate, even when external pressure is repeatedly applied to the ceramic plate, cracks are generated in the outer peripheral portion of the ceramic plate. It is possible to effectively prevent the occurrence of cracks, and even if cracks occur, the cracks are effectively prevented from proceeding to the center of the ceramic plate, and as a result, between the ceramic substrate and the ceramic plate. The hermeticity of the formed sealed space is not lowered, so that the external pressure can be accurately detected over a long period of time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a package for a pressure detection device of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of the embodiment of the package for a pressure detection device of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing still another example of the embodiment of the pressure detecting device package of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional pressure detection device.
[Explanation of symbols]
1 ... Ceramic substrate
2. Ceramic plate
3. Semiconductor device
5, 5a, 5b ... Metallized wiring conductor
7. First metallized electrode
9 ... Second metallized electrode
10 ・ ・ ・ ・ ・ Metalizing layer for reinforcement
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