JP4535825B2 - Pressure detection device package and pressure detection device - Google Patents
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Description
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および圧力検出装置に関する。 The present invention relates to a pressure detection device package and a pressure detection device used in a pressure detection device for detecting pressure.
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、ダイアフラム構造を有するシリコンチップがガラス台座に接合されてなる圧力センサが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a capacitance type pressure detection device is known as a pressure detection device for detecting pressure. As this capacitance-type pressure detection device, for example, a pressure sensor in which a silicon chip having a diaphragm structure is bonded to a glass pedestal is known (for example, see Patent Document 1).
また、図7の圧力検出装置の断面図で示すように、対向する第1の面および第2の面を有し、第1の面側にダイアフラム部12が形成されたセラミック材料や樹脂材料から成る絶縁基体11と、ダイアフラム部12の表面に形成された可動電極13と、絶縁基体11の第1の面のダイアフラム部12の周囲に形成された配線導体(電極)15と、可動電極13に対向する固定電極17が表面に形成されたフリップチップ型の半導体素子16と、半導体素子16の表面に形成され複数の配線導体15に接合されたバンプ18とから成る半導体装置が用いられている。
Further, as shown in the cross-sectional view of the pressure detection device in FIG. 7, a ceramic material or a resin material having a first surface and a second surface facing each other, and a
このような圧力検出装置は、可動電極13と固定電極17とで静電容量を形成させ、外部の圧力が印加されると、ダイアフラム部12が撓み、可動電極13と固定電極17との間に形成される静電容量の変化量を検出する感圧素子として機能させており、この変化量を演算処理するための半導体素子16とが一体化して形成されているため、圧力検出装置を小型化することができるとともに、圧力検出用の可動電極13および固定電極17と半導体素子13の各電極とを接続する配線導体15を短いものとすることができ、複数の配線導体15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。
In such a pressure detection device, the
また、可動電極13と固定電極17とは、静電容量を形成させるために、一定の空間領域を形成する必要があるため、絶縁基体11または半導体素子16の外周部に半導体素子16の内側にバンプ18を形成して、絶縁基体11の第1の面に形成された配線導体15に接合させている。
In addition, since the
また、半導体素子16は、ゲルマニウム(Ge),セレン(Se),シリコン(Si)等を基材として成り、その内側に形成され、バンプ18が接合される複数の電極(図示しない)がアルミニウム(Al)や銅(Cu)等の金属材料により内部の回路パターンと接続されるように形成されており、その一部が静電容量形成用の固定電極17と所定の回路パターンにて接続されている。この回路パターンは、絶縁基体11の配線導体15を介して半導体素子16と外部電気回路との間の導電路として機能している。
In addition, the
この電極や回路パターン、および固定電極17の表面には無電解めっき法にてニッケル(Ni)および金(Au)等のめっき層が被着され、その上面にAuや鉛(Pb)−錫(Sn)半田等から成るバンプ18が形成されている。
A plating layer such as nickel (Ni) and gold (Au) is deposited on the surface of the electrode, circuit pattern, and fixed
このような回路パターンは、従来周知の薄膜形成技術、具体的には、スパッタリング,フォトリソグラフィー技術,エッチング技術等を採用することにより、所定の厚み(0.5〜1.5μm)に形成され、電極上にはバンプとの接合を良好なものとするとともに、固定電極17の酸化腐食を防止するために従来周知の無電解めっき等を採用して例えばNi,Au等が順次被着されている。
Such a circuit pattern is formed to a predetermined thickness (0.5 to 1.5 μm) by employing a conventionally well-known thin film forming technique, specifically, sputtering, photolithography technique, etching technique, etc. On the electrode, for example, Ni, Au, etc. are sequentially deposited by adopting a conventionally known electroless plating or the like in order to improve the bonding with the bump and prevent the oxidative corrosion of the
そして、半導体素子16のバンプ18は、絶縁基体11の金等でめっき処理された配線導体15に超音波フリップチップ接合してある。なお、超音波フリップチップ接合は、室温の状況で加圧と0.5秒前後の超音波発振により接合される超音波フリップチップ工法である。
The
配線導体15および静電容量形成用の可動電極13は、タングステン(W)やモリブデン(Mo),銅(Cu),銀(Ag)等の金属粉末メタライズから成り、W等の金属粉末に適当な有機バインダ,溶剤,可塑剤および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等により絶縁基体11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、これを絶縁基体11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絶縁基体11の内部および表面に所定のパターンに形成される。なお、配線導体15の露出表面には、配線導体15が酸化腐食するのを防止するとともに配線導体15とバンプ18との接合を良好なものとするために、厚みが1〜10μm程度のNiメッキ層と厚みが0.1〜3μm程度のAuメッキ層とが順次被着されていることが好ましい。
しかしながら、近年の圧力検出装置用パッケージの小型化の要求に伴い、絶縁基体11を小型化すると、可動電極13と固定電極17による静電容量形成領域が小さくなり、可動電極13と固定電極17とで検出される静電容量の変化量が小さなものとなり検出の感度が低下してきていた。そこで、この感度の低下を防止するために、可動電極13と固定電極17との間隔を狭くする必要があり、可動電極13と固定電極17との間隔を狭くすると、半導体素子16のバンプ18の高さが低くなり、隣り合うバンプ18の間隔も狭くバンプ18の大きさも小さなものとなっているため、パッケージの封止や搬送時等に半導体素子16に不用意に印加された外力や、半導体素子16の作動時に半導体素子16と絶縁基体11との熱膨張差に起因する熱応力等がバンプ18に作用した場合に、バンプ18がこのような外力や熱応力を吸収するように働かず、外力や熱応力を緩和することができずに絶縁基体11からバンプ18が取れてしまという問題点を有していた。
However, if the
本発明は、上記従来技術の問題点を鑑み案出されたもので、その目的は、小型で、かつ外部から加わる圧力の検出感度が高く、長期間にわたって正確に検出することができる信頼性の高い圧力検出装置用パッケージおよび圧力検出装置を提供することにある。 The present invention has been devised in view of the above-described problems of the prior art, and has an object of being small in size, having high detection sensitivity of pressure applied from the outside, and capable of being accurately detected over a long period of time. The object is to provide a high pressure sensing device package and a pressure sensing device.
本発明の圧力検出装置用パッケージは、対向する第1の面および第2の面を有し、前記第1の面側にダイアフラム部が形成された絶縁基体と、前記ダイアフラム部の表面に形成された可動電極と、前記絶縁基体の前記第1の面の前記ダイアフラム部の周囲に前記ダイアフラム部の前記表面より前記絶縁基体の内部側に位置するように形成された複数の電極とを備え、表面に前記可動電極に対向する固定電極および複数の導体バンプが形成されたフリップチップ型半導体素子の前記複数の導体バンプが前記複数の電極に接合されることを特徴とする。 The package for a pressure detection device of the present invention has an insulating base having a first surface and a second surface facing each other, and a diaphragm portion formed on the first surface side, and is formed on the surface of the diaphragm portion. A movable electrode and a plurality of electrodes formed around the diaphragm portion of the first surface of the insulating base so as to be positioned on the inner side of the insulating base from the surface of the diaphragm portion, Further, the plurality of conductor bumps of the flip-chip type semiconductor element in which the fixed electrode and the plurality of conductor bumps facing the movable electrode are joined to the plurality of electrodes.
本発明の圧力検出装置用パッケージは、好ましくは、前記複数の配線導体は、前記絶縁基体の前記第1の面の前記ダイアフラム部の周囲に形成された凹部の底面に形成されていることを特徴とする。 In the pressure sensing device package according to the present invention, preferably, the plurality of wiring conductors are formed on a bottom surface of a recess formed around the diaphragm portion of the first surface of the insulating base. And
本発明の圧力検出装置用パッケージは、好ましくは、前記絶縁基体の前記凹部は、前記半導体素子の前記複数の導体バンプの各々に対応して複数形成されていることを特徴とする。 The package for a pressure detection device according to the present invention is preferably characterized in that a plurality of the recesses of the insulating base are formed corresponding to each of the plurality of conductor bumps of the semiconductor element.
本発明の圧力検出装置用パッケージは、好ましくは、前記凹部の深さは、前記ダイアフラム部の厚みより小さいことを特徴とする請求項2または請求項3記載の圧力検出装置用パッケージ。
4. The pressure detection device package according to
本発明の圧力検出装置用パッケージは、好ましくは、前記絶縁基体の前記ダイアフラム部は、前記絶縁基体の前記第1の面に形成された支持部に接合されて形成されていることを特徴とする。 The pressure detection device package according to the present invention is preferably characterized in that the diaphragm portion of the insulating base is joined to a support portion formed on the first surface of the insulating base. .
本発明の圧力検出装置は、本発明の圧力検出装置用パッケージと、表面に前記電極に接合された導体バンプを有し、前記圧力検出装置用パッケージの前記絶縁基体に前記ダイアフラム部を覆うように搭載されたフリップチップ型の半導体素子と、前記半導体素子の前記表面の前記可動電極に対向する領域に形成された固定電極とを備えていることを特徴とする圧力検出装置。 The pressure detection device of the present invention has the pressure detection device package of the present invention and a conductor bump joined to the electrode on the surface, and covers the diaphragm portion on the insulating base of the pressure detection device package. A pressure detection device comprising: a mounted flip chip type semiconductor element; and a fixed electrode formed in a region facing the movable electrode on the surface of the semiconductor element.
本発明の圧力検出装置は、好ましくは、前記絶縁基体の前記第1の面に、前記半導体素子を覆う封止部材を備えていることを特徴とする。 The pressure detection device of the present invention is preferably characterized in that a sealing member that covers the semiconductor element is provided on the first surface of the insulating base.
本発明の圧力検出用装置用パッケージによれば、対向する第1の面および第2の面を有し、第1の面側にダイアフラム部が形成された絶縁基体と、ダイアフラム部の表面に形成された可動電極と、絶縁基体の第1の面のダイアフラム部の周囲にダイアフラム部の表面より絶縁基体の内部側に位置するように形成された複数の電極とを備え、表面に可動電極に対向する固定電極および複数の導体バンプが形成されたフリップチップ型半導体素子の複数の導体バンプが複数の電極に接合されることから、ダイアフラム部の表面に形成された可動電極と、半導体素子の表面に形成された固定電極との間隔が狭くなったとしても、半導体素子の導体バンプを電極へ接合させる際において、導体バンプの高さが絶縁基体の第1の面より絶縁基体の内部側の電極までの高さだけ高くなるため、半導体素子にパッケージの封止や搬送時等に半導体素子に不用意に印加された外力や、半導体素子の作動時に半導体素子と絶縁基体との熱膨張差に起因する熱応力等が導体バンプに作用したとしても、この外力や熱応力を導体バンプが有効に吸収するように働き、外力や熱圧力を緩和することができる。その結果、可動電極と固定電極との間隔が狭くてなったとしても半導体素子の導体バンプと電極との接合強度を大きくすることが可能となり、接続信頼性を高めることができる。また、可動電極と固定電極との間隔を狭くすることが可能となり、静電容量の値を大きくして半導体素子による容量検出の感度を高めることができる。 According to the pressure detecting device package of the present invention, the insulating base having the first surface and the second surface facing each other and having the diaphragm portion formed on the first surface side, and formed on the surface of the diaphragm portion. And a plurality of electrodes formed so as to be positioned on the inner side of the insulating base from the surface of the diaphragm portion around the diaphragm portion of the first surface of the insulating base, and facing the movable electrode on the surface Since the plurality of conductor bumps of the flip chip type semiconductor element on which the fixed electrode and the plurality of conductor bumps are formed are joined to the plurality of electrodes, the movable electrode formed on the surface of the diaphragm portion and the surface of the semiconductor element Even when the distance from the formed fixed electrode is narrowed, when the conductor bump of the semiconductor element is bonded to the electrode, the height of the conductor bump is higher than the first surface of the insulating substrate. Since the height to the electrode is increased, the external force applied to the semiconductor element inadvertently when the package is sealed or transported to the semiconductor element, or the difference in thermal expansion between the semiconductor element and the insulating substrate during operation of the semiconductor element. Even if the resulting thermal stress or the like acts on the conductor bump, the conductor bump can effectively absorb the external force or thermal stress, and the external force or thermal pressure can be reduced. As a result, even if the distance between the movable electrode and the fixed electrode becomes narrow, it is possible to increase the bonding strength between the conductor bump of the semiconductor element and the electrode, and to improve the connection reliability. In addition, the distance between the movable electrode and the fixed electrode can be narrowed, and the capacitance value can be increased to increase the sensitivity of capacitance detection by the semiconductor element.
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、好ましくは、複数の電極は、絶縁基体の第1の面のダイアフラム部の周囲に形成された凹部の底面に形成されていることから、ダイアフラム部の表面に形成された可動電極と、半導体素子の表面に形成された固定電極との間隔が狭くなったとしても、半導体素子の導体バンプの高さは、絶縁基体の第1の面より凹部の底面に形成された電極までの深さだけ高くなるため、半導体素子にパッケージの封止や搬送時等に半導体素子に不用意に印加された外力や、半導体素子の作動時に半導体素子と絶縁基体との熱膨張差に起因する熱応力等が導体バンプに作用したとしても、この外力や熱応力を導体バンプが有効に吸収するように働き、外力や熱圧力を緩和することができる。さらに、電極はダイアフラム部の周囲に形成されており、静電容量検出用の可動電極と固定電極に対する浮遊容量を小さなものとすることができる。 According to the pressure detection device package of the present invention, preferably, the plurality of electrodes are formed on the bottom surface of the recess formed around the diaphragm portion on the first surface of the insulating base. Even if the distance between the movable electrode formed on the surface and the fixed electrode formed on the surface of the semiconductor element becomes narrow, the height of the conductor bump of the semiconductor element is lower than the first surface of the insulating base. Therefore, the external force applied to the semiconductor element inadvertently at the time of sealing or transporting the package to the semiconductor element, or between the semiconductor element and the insulating substrate during the operation of the semiconductor element is increased. Even if a thermal stress or the like due to a difference in thermal expansion acts on the conductor bump, the conductor bump can effectively absorb the external force or thermal stress, and the external force or thermal pressure can be relaxed. Furthermore, the electrodes are formed around the diaphragm portion, and the stray capacitance with respect to the movable electrode for detecting capacitance and the fixed electrode can be reduced.
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、好ましくは、絶縁基体の凹部は、半導体素子の複数の導体バンプの各々に対応して複数形成されていることから、半導体素子の導体バンプが正確に位置決めされるとともに、凹部内の導体バンプの量を均一なものとすることができるため導体バンプの高さばらつきが有効に防止される。また、半導体素子の導体バンプに作用する外力や熱応力等を各々の凹部の内壁に分散して緩和させることができる。 According to the pressure sensing device package of the present invention, preferably, the plurality of recesses of the insulating base are formed corresponding to each of the plurality of conductor bumps of the semiconductor element. In addition to being positioned, the amount of conductor bumps in the recesses can be made uniform, so that variations in height of the conductor bumps can be effectively prevented. In addition, external forces and thermal stresses acting on the conductor bumps of the semiconductor element can be dispersed and relaxed on the inner walls of the respective recesses.
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、好ましくは、凹部の深さは、ダイアフラム部の厚みより小さいことから、ダイアフラム部と凹部の内壁との間の絶縁基体の機械的強度を大きくすることができ、ダイアフラム部に外力や熱応力等が作用して可動電極が固定電極側へ撓んだとしても、ダイアフラム部と凹部との間に発生する応力によって、ダイアフラム部と凹部との間に割れが発生するのを有効に防止することができる。 According to the package for a pressure detection device of the present invention, preferably, the depth of the recess is smaller than the thickness of the diaphragm, so that the mechanical strength of the insulating base between the diaphragm and the inner wall of the recess is increased. Even if the movable electrode bends toward the fixed electrode due to external force or thermal stress acting on the diaphragm part, it is cracked between the diaphragm part and the concave part due to the stress generated between the diaphragm part and the concave part. Can be effectively prevented.
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、好ましくは、絶縁基体のダイアフラム部は、絶縁基体の第1の面に形成された支持部に接合されて形成されていることから、半導体素子の導体バンプの高さを高くすることができるようになり、パッケージの封止や搬送時等に半導体素子に外力が印加されたり、半導体素子の作動時における絶縁基体との熱膨張差に起因する熱応力が作用したとしても、この外力や熱応力を導体バンプが有効に吸収するように働き外力や熱圧力を緩和することができる。その結果、半導体素子の導体バンプと電極との接合強度が大きくなり、接続信頼性を高めることができる。また、可動電極と固定電極との間隔を狭くすることができ、静電容量の値を大きくすることができるようになる。 According to the pressure sensing device package of the present invention, it is preferable that the diaphragm portion of the insulating base is formed by being joined to the support portion formed on the first surface of the insulating base. Bump height can be increased, and external stress is applied to the semiconductor element during package sealing and transportation, etc., and thermal stress due to thermal expansion difference from the insulating substrate during operation of the semiconductor element Even if this works, the external force and thermal pressure can be relaxed by working so that the external force and thermal stress are effectively absorbed by the conductor bumps. As a result, the bonding strength between the conductor bump and the electrode of the semiconductor element is increased, and the connection reliability can be improved. In addition, the distance between the movable electrode and the fixed electrode can be reduced, and the capacitance value can be increased.
本発明の圧力装置は、本発明の圧力検出装置用パッケージと、表面に電極に接合された導体バンプを有し、圧力検出装置用パッケージの絶縁基体にダイアフラム部を覆うように搭載されたフリップチップ型の半導体素子と、半導体素子の表面の可動電極に対向する領域に形成された固定電極とを備えていることから、上記圧力検出装置用パッケージの特徴を有した、外部の圧力を精度良く、かつ良好に検出することができるものとなる。 The pressure device of the present invention is a flip chip having a package for the pressure detection device of the present invention and a conductor bump bonded to an electrode on the surface and mounted on the insulating base of the package for the pressure detection device so as to cover the diaphragm portion. Type semiconductor element and a fixed electrode formed in a region facing the movable electrode on the surface of the semiconductor element. And it can be detected well.
本発明の圧力装置は、絶縁基体の第1の面に、半導体素子を覆う封止部材を備えていることから、半導体素子を気密封止して、長期間にわたり上記圧力検出装置用パッケージの特徴を有し、外部の圧力を精度良く、かつ良好に検出することができる信頼性の高いものとなる。 Since the pressure device of the present invention is provided with the sealing member that covers the semiconductor element on the first surface of the insulating base, the semiconductor element is hermetically sealed, and the package for the pressure detection device is characterized over a long period of time. And the external pressure can be accurately and satisfactorily detected with high reliability.
次に、本発明の圧力検出装置用パッケージおよび圧力検出装置を図面に基づいて詳細に説明する。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1おいて、1は絶縁基体、2はダイアフラム部、3は可動電極、4は凹部、5は配線導体(電極)である。また、図4は本発明の圧力検出装置の実施の形態の一例を示す断面図であり(図1と共通の部位は同符号とする)、6は半導体素子、7は固定電極、8はバンプ(導体バンプ)である。 Next, the pressure detection device package and the pressure detection device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an example of an embodiment of a pressure detection device package according to the present invention. In FIG. 1, 1 is an insulating substrate, 2 is a diaphragm portion, 3 is a movable electrode, 4 is a recess, Is a wiring conductor (electrode). 4 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of the pressure detection device of the present invention (the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals), 6 is a semiconductor element, 7 is a fixed electrode, and 8 is a bump. (Conductor bump).
絶縁基体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電気絶縁材料から成る。このような絶縁基体1が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、酸化アルミニウムや酸化珪素,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,可塑剤および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ーブレード法等によりシート状に成形することで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や積層加工,切断加工等を施すとともに上下に積層して生セラミック成形体と成し、これを約1600℃の温度で焼成することにより製作される。
The insulating
また、絶縁基体1の第1の面(図1では上面)の中央部のダイアフラム2の表面には静電容量形成用の可動電極3が被着されており、この可動電極3は複数の配線導体5の一部とバンプ8を介して半導体素子6の電極と電気的に接続される。
In addition, a
また、絶縁基体1は対向する第1の面および第2の面を有し、第1の面側にダイアフラム部2が形成されており、ダイアフラム部2の下面側を底面とする穴が第2の面(図1では下面)に形成されており、この穴の底面と第1の面とで挟まれた部位がダイアフラム部2となっている。
Further, the insulating
なお、ダイアフラム部2は、その厚みが0.01mm未満ではその機械的強度が低いものとなり、これに例えば80kPa程度の外部圧力が加わった場合に破壊されやすくなる。また、ダイアフラム部2の厚みが5mmを超えると例えば2000kPa程度の圧力では撓みにくくなり、圧力検出用のダイアフラム部としての精度が低下しやすくなる。したがって、ダイアフラム部2の厚みは0.01〜5mmの範囲が好ましい。
The
また、ダイアフラム部2の表面の可動電極3は、例えば円形状に形成され、後述の固定電極7との間に空間を形成するように対向し、外部から加わる圧力に応じて半導体素子6側に撓み、いわゆる感圧素子として機能している。
In addition, the
また、ダイアフラム部2の周囲には、半導体素子6の複数のバンプ8の各々に対応して複数の凹部4が形成され、その凹部4の底面にバンプ8が接合される配線導体5が導出されており、この配線導体5とバンプ8が各々接合されることにより半導体素子3の各電極と各配線導体5とが電気的に接続されている。このとき、配線導体5は外部電気回路との導電路としても機能している。
A plurality of
なお、このような絶縁基体1の穴や凹部4は上述のセラミックグリーンシートに穴や凹部4となるように所定の形状に打ち抜き金型にて打ち抜き加工を施し、その後、積層加工,切断加工等を施すとともに上下に積層して生セラミック成形体と成し、これを約1600℃の温度で焼成することにより製作される。
The holes and recesses 4 of the insulating
また、上述の可動電極3および配線導体5は、WやMo,Cu,Ag等の金属粉末メタライズから成り、W等の金属粉末に適当な有機バインダ,溶剤,可塑剤および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により絶縁基体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、これを絶縁基体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絶縁基体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、可動電極3および配線導体5の露出表面には、可動電極3および配線導体5が酸化腐食するのを防止するとともに配線導体5とバンプ8との接合を良好なものとするために、厚みが1〜10μm程度のNiめっき層と厚みが0.1〜3μm程度のAuめっき層とが順次被着されていることが好ましい。
The
半導体素子6は、静電容量の変化量から圧力を演算処理するためのものであり、Ge,Se,Si等を基材として成り、その内側に形成され、バンプ8が接合される複数の電極(図示しない)がAlやCu等の金属材料により内部の回路パターンと接続されるように形成されており、その一部が静電容量形成用の固定電極7と所定の回路パターンにて接続されている。この回路パターンは、絶縁基体1の配線導体5を介して半導体素子6と外部電気回路との間の導電路として機能している。
The
この電極や回路パターン、および固定電極7の表面には無電解めっき法にてニッケルNiおよびAu等のめっき層が被着され、その上面にAuやPb−Sn半田等から成るバンプ8が形成されている。
A plating layer such as nickel Ni and Au is deposited on the surface of the electrode, circuit pattern, and fixed
このような回路パターンは、従来周知の薄膜形成技術、具体的には、スパッタリング,フォトリソグラフィー技術,エッチング技術等を採用することにより、所定の厚み(0.5〜1.5μm)に形成され、電極上にはバンプ8との接合を良好なものとするとともに、固定電極7の酸化腐食を防止するために従来周知の無電解めっき等を採用して例えばNi,Au等が順次被着されている。
Such a circuit pattern is formed to a predetermined thickness (0.5 to 1.5 μm) by employing a conventionally well-known thin film forming technique, specifically, sputtering, photolithography technique, etching technique, etc. For example, Ni, Au, etc. are sequentially deposited on the electrode by using a well-known electroless plating or the like in order to improve the bonding with the
また、半導体素子6は、四角形状や円形状等の平板状であり、外周部に高さが10〜200μmのバンプ8が形成されることにより、半導体素子6と絶縁基体1との間に空間を形成させることができる。そして、その空間を形成する部位のダイアフラム部2が外部から加わる圧力に応じて半導体素子6側に撓み、可動電極3と固定電極7で静電容量が形成される。
Further, the
このとき、可動電極3と固定電極7は、絶縁基体1と半導体素子6との間に形成された空間を挟んで対向し、その電極間に、可動電極3や固定電極7の面積および可動電極3と固定電極7との間隔に応じて所定の静電容量を形成する。そして、外部からダイアフラム部2に加わる圧力に応じてダイアフラム部2が半導体素子3側に撓んで可動電極3と固定電極7との間隔が変化することにより静電容量が変化することで、外部から加わる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。さらに、この静電容量の変化を半導体素子6で演算処理することにより外部から加わる圧力の大きさを知ることができる。
At this time, the
このようにして、本発明の圧力検出用装置用パッケージは、対向する第1の面および第2の面を有し、第1の面側にダイアフラム部2が形成された絶縁基体1と、ダイアフラム部2の表面に形成された可動電極3と、絶縁基体1の第1の面のダイアフラム部2の周囲にダイアフラム部2の表面より絶縁基体1の内部側に位置するように形成された複数の配線導体5を備えている。そして、表面に可動電極3に対向する固定電極7および複数のバンプ8が形成されたフリップチップ型半導体素子6の複数のバンプ8が複数の配線導体5に接合される。これにより、ダイアフラム部2の表面に形成された可動電極3と、半導体素子6の表面に形成された固定電極7との間隔が狭くなったとしても、半導体素子6のバンプ8を配線導体5へ接合させる際において、半導体素子6のバンプ8の高さは、絶縁基体1の第1の面より絶縁基体1の内部側の配線導体5までの深さだけ高くなるため、半導体素子6にパッケージの封止や搬送時等に半導体素子6に不用意に印加された外力や、半導体素子6の作動時に半導体素子6と絶縁基体1との熱膨張差に起因する熱応力等がバンプ8に作用したとしても、この外力や熱応力をバンプ8が有効に吸収するように働き、外力や熱圧力を緩和することができる。その結果、可動電極3と固定電極7との間隔が狭くなったとしても半導体素子6のバンプ8と配線導体5との接合強度を大きくすることが可能となり、接続信頼性を高めることができる。また、可動電極3と固定電極7との間隔を狭くすることが可能となるため、静電容量の値を大きくして半導体素子3による容量検出の感度を高めることができる。
Thus, the pressure detection device package of the present invention has an insulating
また、図2の本発明の圧力検出装置用パッケージの断面図に示すように、複数の配線導体5は、絶縁基体1の第1の面のダイアフラム部2の周囲に形成された凹部4の底面に形成されていることが好ましい。これにより、ダイアフラム部2の表面に形成された可動電極3と、半導体素子6の表面に形成された固定電極7との間隔が狭くなったとしても、半導体素子6のバンプ8の高さは、絶縁基体1の第1の面より凹部4の底面に形成された配線導体5までの深さだけ高くなるため、半導体素子6にパッケージの封止や搬送時等に半導体素子6に不用意に印加された外力や、半導体素子6の作動時に半導体素子6と絶縁基体1との熱膨張差に起因する熱応力等がバンプ8に作用したとしても、この外力や熱応力をバンプ8が有効に吸収するように働き、外力や熱圧力を緩和することができる。さらに、配線導体5はダイアフラム部2の周囲に形成されており、静電容量検出用の可動電極3と固定電極7に対する浮遊容量を小さなものとすることができる。
Further, as shown in the cross-sectional view of the pressure detection device package of the present invention shown in FIG. It is preferable to be formed. Thereby, even if the space | interval of the
また、図3の本発明の圧力検出装置用パッケージの断面図に示すように、絶縁基体1の凹部4は、半導体素子6の複数のバンプ8の各々に対応して複数形成されていることが好ましい。これにより、半導体素子6の各々のバンプ8が正確に位置決めされるとともに、各々の凹部4内のバンプ8の量を均一なものとすることができるためバンプ8の高さばらつきが有効に防止される。また、半導体素子6のバンプ8に作用する外力や熱応力等を各々の凹部4の内壁に分散して緩和させることができる。
Further, as shown in the cross-sectional view of the pressure detecting device package of the present invention in FIG. 3, a plurality of
また、凹部4の深さは、ダイアフラム部2の厚みより小さくすることが好ましい。これにより、ダイアフラム部2と凹部4の内壁との間の絶縁基体1の機械的強度を大きくすることができ、ダイアフラム部2に外力や熱応力等が作用して可動電極3が固定電極7側へ撓んだとしても、ダイアフラム部2と凹部4との間に発生する応力によって、ダイアフラム部2と凹部4との間に割れが発生するのを有効に防止することができる。
Moreover, it is preferable that the depth of the
そして、図4の本発明の圧力検出装置の断面図に示すように、上述の圧力検出装置用パッケージと、表面に配線導体5に接合されたバンプ8を有し、圧力検出装置用パッケージの絶縁基体1にダイアフラム部2を覆うように搭載されたフリップチップ型の半導体素子6と、半導体素子6の表面の可動電極3に対向する領域に形成された固定電極7とを備えている。これにより上述の圧力検出装置用パッケージの特徴を有し、外部の圧力を精度良く、かつ良好に検出することができるものとなる。
Then, as shown in the sectional view of the pressure detection device of the present invention in FIG. 4, the pressure detection device package described above and the
また、図5の本発明の圧力検出装置の断面図に示すように、絶縁基体1のダイアフラム部2は、絶縁基体1の第1の面に形成された支持部9に接合されて形成されていてもよい。これにより、半導体素子6のバンプ8の高さを高くすることができるようになり、半導体素子6にパッケージの封止や搬送時等に半導体素子6に不用意に印加された外力や、半導体素子6の作動時に半導体素子6と絶縁基体1との熱膨張差に起因する熱応力等がバンプ8に作用したとしても、この外力や熱応力をバンプ8が有効に吸収するように働き、外力や熱圧力を緩和することができる。その結果、半導体素子6のバンプ8と配線導体5との接合強度が大きくなり、接続信頼性を高めることができる。また、可動電極3と固定電極7との間隔を狭くすることができ、静電容量の値を大きくすることができるようになる。
Further, as shown in the cross-sectional view of the pressure detection device of the present invention in FIG. 5, the
なお、支持部9およびダイアフラム部2は、上述した絶縁基体1の製作時にセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工や積層加工,切断加工等を施すとともに絶縁基体1と成るセラミックグリーンシート上に積層して一体化させて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。
The support portion 9 and the
また、支持部9およびダイアフラム部2は、それぞれ平板状の生セラミック成形体として焼成して製作されたものを銀(Ag)―銅(Cu)合金半田等のろう材により接合させても構わない。
In addition, the support part 9 and the
また、図6の本発明の圧力検出装置の断面図に示すように、絶縁基体1の第1の面に、半導体素子6を覆う封止部材10を備えていることから、半導体素子6を気密封止して、長期間にわたり上述の圧力検出装置用パッケージの特徴を有し、外部の圧力を精度良く、かつ良好に検出することができる信頼性の高いものとなる。
Further, as shown in the cross-sectional view of the pressure detecting device of the present invention in FIG. 6, since the sealing
なお、封止部材10は、鉄(Fe)−ニッケル(Ni)−コバルト(Co)合金等の金属から成り、成形金型等により所定の形状に成形された後、金(Au)−錫(Sn)合金半田等のろう材にて接合されている。
The sealing
なお、本発明は、上述の実施の形態の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内であれば種々の変更は可能である。例えば、図6においては、封止部材10として金属製のものとしているが、セラミック製や樹脂製の封止部材10であっても構わない。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in FIG. 6, the sealing
1・・・・・・・・・・・絶縁基体
2・・・・・・・・・・・ダイアフラム部
3・・・・・・・・・・・可動電極
4・・・・・・・・・・・凹部
5・・・・・・・・・・・配線導体(電極)
6・・・・・・・・・・・半導体素子
7・・・・・・・・・・・固定電極
8・・・・・・・・・・・導体バンプ
9・・・・・・・・・・・支持部
10・・・・・・・・・・封止部材
1 ············· Insulating
6 ...
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