JP4601399B2 - 圧力検出装置用パッケージおよび圧力検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧力を検出するための圧力検出装置に用いら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。

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に用いられるパッケージは、下記特許文献１に記載されているように、半導体素子が搭載される搭載部を有する絶縁基体と、絶縁基体の表面に形成された静電容量形成用の第１の電極と、絶縁基体の表面に可撓な状態で接合されたダイアフラムと、このダイアフラムの表面に第１の電極に対向するように被着された静電容量形成用の第２の電極とを備えている。そして、第１の電極および第２の電極により静電容量を形成するために、これら電極間に所定の間隔を設ける必要があり、ダイアフラムと絶縁基体との間にスペーサを備えている。

この圧力検出装置用パッケージの第１の電極は、タングステン，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スクリーン印刷法により絶縁基体用のセラミックグリーンシートに印刷塗布し、焼成することによって、絶縁基体の表面に形成されていた。また、第２の電極も同様に、タングステン，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スクリーン印刷法によりダイアフラム用のセラミックグリーンシートに印刷塗布し、焼成することによって、ダイアフラムの表面に形成されていた。
特開２００１−３５６０６４号公報

圧力検出装置用パッケージの小型化のために第１の電極および第２の電極の面積を小さくしつつ圧力の検出感度を向上させるためには、第１の電極と第２の電極との間隔を狭くする必要がある。第１の電極と第２の電極との間隔を狭くするとともに、圧力の検出精度のばらつきを低減させるためには、これら電極の表面の平坦度を高める必要がある。しかしながら、従来の圧力検出装置用パッケージにおいて、第１の電極および第２の電極は、スクリーン印刷法により形成されていることから、その表面の平坦度を高いものとし、第１の電極と第２の電極との間の距離を全面にわたって均一にすることは困難であり、第１の電極と第２の電極の間に発生する静電容量にばらつきが生じ、検出精度が低下しやすいという問題を有していた。

また、ダイアフラムに遠心力の作用を受けた場合に、第２の電極およびダイアフラムの質量によりダイアフラムが変位しやすく、第１の電極と第２の電極との間の距離が変化して第１の電極と第２の電極の間に発生する静電容量に影響を与えて、外部圧力の検出精度が低下する可能性があるという問題を有していた。

また、第１の電極と第２の電極とで検出される静電容量は、第１の電極と第２の電極との間隔とともに、第１の電極および第２の電極の形成領域の大きさに作用されるものであり、このパッケージに圧力が印加された場合にダイアフラムの中央部は大きく変移するものの外周部の変移は極めて小さいので、第１の電極および第２の電極の一方を他方よりも小さく形成して圧力の検出感度を高いものとすることが考えられる。しかしながら、このようなパッケージは、第１の電極と第２の電極の位置精度に大きく影響をし、絶縁基体とダイアフラムとに位置ずれが発生すると、圧力の検出感度の低下やばらつきが発生してしまうという問題を有していた。特に圧力検出装置用パッケージの小型化を図ると、第１の電極と第２の電極との形成領域が小さくなり、絶縁基体とダイアフラムとの接合ずれ等による第１の電極と第２の電極との位置精度への影響が大きくなりやすく、圧力の検出感度の低下やばらつきが発生してしまうという問題点を有していた。

本発明はかかる従来の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、圧力の検出精度を向上させつつ小型化を図った圧力検出装置用のパッケージを提供することにある。

本発明の圧力検出装置用パッケージは、半導体素子が搭載される搭載部を有し、表面に第１の電極が形成された絶縁基体と、前記第１の電極に対向する第２の電極を有し、前記
絶縁基体の前記表面に対向する位置に配置され、外辺が四角形状のダイアフラムと、前記絶縁基体の前記表面と前記ダイアフラムとの間に形成されたスペーサと、前記絶縁基体の前記表面の前記第１の電極の周囲に形成され、前記ダイアフラムが配置される領域を規定するとともに、前記ダイアフラムの３辺の外周にのみ位置する突起部とを備え、前記第１の電極および前記第２の電極は、表面が研磨されたメタライズ層、または薄膜金属層であることを特徴とするものである。

本発明の圧力検出装置用パッケージは、好ましくは、突起部の先端が、ダイアフラムよりも上方へ突出して形成されていることを特徴とするものである。

本発明の圧力検出装置用パッケージは、好ましくは、ダイアフラムおよび突起部は、セラミックスからなることを特徴とするものである。

本発明の圧力検出装置用パッケージは、好ましくは、スペーサは、絶縁基体に形成された第１のメタライズ層と、ダイアフラムに形成された第２のメタライズ層と、第１のメタライズ層および第２のメタライズ層の間に形成されたメッキ層とからなることを特徴とするものである。

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、絶縁基体の搭載部に搭載され、ダイアフラムに加わる圧力を検出する半導体素子とを備えていることを特徴とするものである。

本発明の圧力検出装置用パッケージは、絶縁基体の表面の第１の電極の周囲に形成され、ダイアフラムが配置される領域を規定する突起部とを備え、第１の電極および第２の電極は、表面が研磨されたメタライズ層、または薄膜金属層であることにより、圧力の検出精度を向上させつつ小型化を図ることができる。

すなわち、本発明の圧力検出装置用パッケージは、第１の電極および第２の電極が、表面が研磨されたメタライズ層または薄膜形成法により被着された金属層であることにより、第１の電極および第２の電極のそれぞれの厚みばらつきを小さくして、第１の電極と第２の電極との間隔を全面において均一にすることができ、外部圧力の検出精度を向上させることが可能となる。

また、第２の電極をダイアフラムに薄く形成することにより、ダイアフラムにかかる第２の電極の質量を小さくし、遠心力の作用を受けたときに第２の電極の質量によるダイアフラムの変位を小さく抑えることができ、圧力の検出精度を向上させることが可能となる。

また、第２の電極をダイアフラムに薄く形成することで、ダイアフラムにかかる第２の電極の質量を減少させることができ、ダイアフラムの変形等に関して第２の電極の影響を小さくすることができるので、ダイアフラムを薄くかつ平坦なものとして形成しやすくなる。従って、外部の圧力が印加された際にダイアフラムをより撓みやすくすることで、外部の圧力を感度良く検出することができるとともに、所要の容量を得るためのダイアフラムや第２の電極の面積を小さくすることができ、ダイアフラムや第２の電極の質量をさらに小さくして遠心加速の影響を低減させることができる。

また、絶縁基体の表面の第１の電極の周囲に形成され、ダイアフラムが配置される領域を規定する突起部を備えることにより、ダイアフラムを絶縁基体の表面に対向する位置に配置する際に、突起部をダイアフラムと絶縁基体との位置合わせに用いてダイアフラムの位置ずれを抑制し、ダイアフラムを絶縁基体の表面の所定の位置に精度良く配置することができ、第１の電極と第２の電極との位置精度を高いものとすることができる。従って、外部圧力の検出精度を向上させ、また、検出精度のばらつきを低減させることができる。

また、本発明の圧力検出装置用パッケージは、好ましくは、突起部の先端がダイアフラムよりも上方へ突出して形成されていることにより、パッケージの取り扱いの際にダイアフラムに衝撃が加わることを防止することができる。すなわち、本発明の圧力検出装置用パッケージは、ダイアフラムの上面が突起部より低い位置に配置されることとなり、圧力検出装置用パッケージを取り扱う際に、ダイアフラムの外辺や角部等に装置が接触することを防止し、接触によりダイアフラムが割れることを防止することができる。

また、本発明の圧力検出装置用パッケージは、好ましくは、ダイアフラムおよび突起部がセラミックスからなることにより、ダイアフラムを絶縁基体の表面に対向する位置に配置する際に、ダイアフラムと突起部とが擦れてしまってダイアフラムや突起部が欠けたり、擦れた際に屑が発生したりして、屑が絶縁基体とダイアフラムとの間に介在してしまう可能性を低減させることができる。従って、外部の圧力を精度良く検出することができる圧力検出装置用パッケージとすることができる。

また、本発明の圧力検出装置用パッケージは、好ましくは、スペーサが、絶縁基体に形成された第１のメタライズ層と、ダイアフラムに形成された第２のメタライズ層と、第１のメタライズ層および第２のメタライズ層の間に形成されたメッキ層とからなることにより、スペーサを薄く形成して、静電容量を形成する第１の電極と第２の電極との間隔を小さなものとすることができる。第１の電極と第２の電極との間隔を小さくすることにより、所望の静電容量を形成する第１の電極と第２の電極との対向面積を小さくしてダイアフラムを小さく形成することができ、本発明の圧力検出装置用パッケージをより小型化することができるとともに、ダイアフラムおよび第２の電極の質量をさらに小さくでき、遠心力による影響をさらに低減することができる。

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、絶縁基体の搭載部に搭載され、ダイアフラムに加わる圧力を検出する半導体素子とを備えていることにより、小型でかつ遠心力の影響を受け難い、外部の圧力を検出する感度がよい圧力検出装置用のパッケージとすることができる。

本発明の圧力検出装置用パッケージを添付の図面を参照して詳細に説明する。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第１の例の構造を示す平面図であり、図２は、図１に示した圧力検出装置用パッケージのＸ−Ｘ’線における断面図である。本発明の圧力検出装置用パッケージは、表面に第１の電極７が形成された絶縁基体１と、第２の電極９を有するダイアフラム２と、絶縁基体１とダイアフラム２との間に形成されたスペーサ１１と、絶縁基体１の表面の第１の電極７の周囲に形成された突起部１２とを備えている。

絶縁基体１は、酸化アルミニウム質焼結体，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積層体である。絶縁基体１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、次のようにして製作される。まず、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、これをドクターブレード法を用い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る。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。そして、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、絶縁基体１が製作される。

絶縁基体１は、一方の面（図２では下面）に、半導体素子３が収容される凹部１ａが形成されており、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の底面の中央部に、半導体素子３が搭載される搭載部１ｂが形成されている。この搭載部１ｂに半導体素子３が搭載されるとともに、半導体素子３が凹部１ａ内において例えばエポキシ樹脂等の樹脂製封止材４により覆われることにより、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によって覆われることにより封止されるが、絶縁基体１の一方の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。

また、搭載部１ｂには半導体素子３の各電極と電気的に接続される複数の配線導体５が導出されており、この配線導体５と半導体素子３の各電極を半田バンプ等の導電性材料から成る導電性接合材６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、図１に示した例では、半導体素子３の電極と配線導体５とが半田バンプを介して接続される構造としたが、半導体素子３の電極と配線導体５とはボンディングワイヤ等の他の電気的接続手段により接続されてもよい。

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第１の電極７，第２の電極９に電気的に接続するための導電路として機能し、その一部は絶縁基体１の一方の面（図１では下面）の外周部に導出され、別の一部は第１の電極７，第２の電極９に電気的に接続されている。そして、半導体素子３の各電極がこれら配線導体５に半田バンプ等の導電性接合材６を介して電気的に接続されるとともに半導体素子３が樹脂製封止材４で封止された後、配線導体５の絶縁基体１の一方の面（図１では下面）の外周部に導出された部位が外部電気回路基板の配線導体（図示せず）に半田等の導電性接合材を介して接合されることにより、内部に収容される半導体素子３が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。

このような配線導体５は、タングステン，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、配線導体５の露出表面には、配線導体５が酸化腐食することを防止するとともに、配線導体５と半田等の導電性接合材６との接合を良好なものとするために、厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルメッキ層と厚みが０．１〜３μｍ程度の金メッキ層とが順次被着されていることが好ましい。

ダイアフラム２は、絶縁基体１の表面（図１では、絶縁基体１の上面）に対向する位置に配置されている。このダイアフラム２は、絶縁基体１との間に密閉空間を形成するように取着されている。ダイアフラム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電気絶縁材料から成る厚みが０．０１〜５ｍｍの平板状のものであり、外部の圧力に応じて絶縁基体１側に撓む。

なお、静電容量型の圧力検出装置は、８０ｋＰａ（低圧用圧力検出装置）〜２０００ｋＰａ（高圧用圧力検出装置）の圧力の元で使用されることが一般的であり、ダイアフラム２は、その厚みが０．０１ｍｍ未満では、その機械的強度が小さくなり、これに例えば８０ｋＰａ程度の大きな外部圧力が加わった場合に破損しやすくなり、他方、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としては不適なものとなりやすい。したがって、ダイアフラム２の厚みは０．０１〜５ｍｍの範囲が好ましい。

このようなダイアフラム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、次のようにして製作される。まず、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、これをドクターブレード法を用い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る。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ダイアフラム２用の生セラミック成形体を得る。そして、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、ダイアフラム２が製作される。

また、ダイアフラム２の密閉空間の内側となる面（図１では下面）の中央部には、静電容量形成用の第２の電極９が被着されている。この第２の電極９は、第１の電極７と対向するように配置されていることによって、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。

第１の電極７は、絶縁基体１の他方の面（図１では上面）の中央部に形成されている。この第１の電極７は、後述する第２の電極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、例えば円形状のパターンに形成されている。そして、この第１の電極７には、配線導体５ａが電気的に接続され、この配線導体５ａに半導体素子３の電極が半田バンプ等の導電性接合材６を介して接続されることにより、半導体素子３の電極と第１の電極７とが電気的に接続される。

このような第１の電極７は、研磨されたメタライズ層または薄膜形成法により被着された金属層からなる。第１の電極７は、例えば研磨されたメタライズ層から成る場合であれば、タングステン，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絶縁基体１用のセラミックグリーンシートに印刷塗布し、これを焼成することによって絶縁基体1の上面中央部に所定のパターンに形成される。そして、第１の電極７の表面を平面研削機等により、メタライズ層の表面が平坦になるように研磨することで形成される。なお、第１の電極７の露出する表面には、第一電極７が酸化腐食するのを防止するために、厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルめっき層が被着されていることが好ましい。

また、第１の電極７は、例えば、薄膜形成法により被着された金属層から成る場合であれば、平面研削機等により絶縁基体１の表面を平坦にした後、ニッケルクロム等の金属を蒸着法等の薄膜形成法を用いることにより絶縁基体１の上面中央部に所定のパターンに被着形成することができる。なお、第１の電極７の露出する表面には、第１の電極７が酸化腐食するのを防止するために、厚みが０．０１〜２．０μｍ程度の金等の金属膜を形成していても良い。

第２の電極９は、ダイアフラム２の絶縁基体１と対向する面（図１では下面）の表面に形成されている。第２の電極９は、研磨されたメタライズ層または薄膜形成法により被着された金属層からなる。この第２の電極９は、例えば研磨されたメタライズ層から成る場合であれば、タングステン，モリブデン、銅、銀等の金属粉末メタライズからなり、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ダイアフラム２用のセラミックグリーンシートに印刷塗布し、これを焼成することによってダイアフラム２の下面中央部に所定のパターンに形成される。そして、第２の電極９の表面を平面研削機等により、メタライズの表面が平坦になるように研磨することで形成される。なお、第２の電極９の露出する表面には、第２の電極９が酸化腐食することを防止するために、厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルめっき層が被着されているのが好ましい。

また、第２の電極９は、例えば、薄膜形成法により被着された金属層から成る場合であれば、ニッケルクロム等の金属を蒸着法等の薄膜形成法を用いることによりダイアフラム２の下面中央部に所定のパターンに被着形成することができる。なお、第２の電極９の露出する表面には、第２の電極９が酸化腐食するのを防止するために、厚みが０．０１〜２．０μｍ程度の金等の金属膜を形成していても良い。

また、ダイアフラム２がセラミックスから成るものであれば、平面研削機等によりダイアフラム２の表面を平坦にした後に、薄膜形成法により金属層を被着することが好ましい。これにより、第１の電極７と第２の電極９との間隔を電極の全面にわたって均一にすることができる。

突起部１２は、絶縁基体１の表面（図１では上面）の第１の電極７の周囲に形成されている。突起部１２は、ダイアフラム２が配置される領域を規定するものである。すなわち、突起部１２は、ダイアフラム２を絶縁基体１の表面の対向する位置に配置する際に、位置合わせに用いて、ダイアフラム２を絶縁基体１の表面の所定の位置に精度良く配置させることができ、第一電極と第二電極との位置精度を高いものとすることができる。

なお、突起部は、ダイアフラムの外辺が四角形状のものであれば、突起部をダイアフラムの３辺の外周に位置するように形成しておけばよい。例えば、図１および図３に示すように、ダイアフラムの３辺の外周に３つの突起部１２を形成したものや、図４に示すように、１つの角部に鉤型の突起部１２と異なる辺に突起部１２とを形成したものであってもよい。

なお、突起部１２は、絶縁板２の外周から１５０μｍの範囲内に形成されていることが好ましい。１５０μｍを越えると、ダイアフラム２の絶縁基体１との位置ずれを抑制する効果が小さくなる。

スペーサ１１は、絶縁基体１とダイアフラム２との間隔を規定するものである。スペーサ１１は、第１のメタライズ層８と、第２のメタライズ層１０とろう材１４とで構成されている。

第１のメタライズ層８は、絶縁基体１の他方の面（図１では下面）の第１の電極７の周囲に被着されている。第１のメタライズ層８は、第２のメタライズ層１０に接合されることでダイアフラム２の第２の電極９に電気的に接合される。この第１のメタライズ層８には、配線導体５の一つである配線導体５ｂが電気的に接続されており、この配線導体５ｂに半導体素子３の電極が半田バンプ等の導電性接合材６を介して電気的に接続されることにより、第１のメタライズ層８に電気的に接続された第２の電極９と半導体素子３の電極とが電気的に接続される。

このような第１のメタライズ層８は、厚膜形成法または薄膜形成法により被着された金属層からなる。第１のメタライズ層８は、例えば、厚膜形成法により被着された金属層から成る場合であれば、タングステン，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、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印刷塗布し焼成することによって、絶縁基体１の他方の面の第１の電極７の周囲に枠状の所定のパターンで形成される。

なお、第１のメタライズ層８の露出する表面には、第１のメタライズ層８が酸化腐食することを防止するとともに、後述する第２のメタライズ層１０との接合を強固にするために、厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルメッキ層８ａが被着されているのが好ましい。

また、第１のメタライズ層８は、例えば、薄膜形成法により被着された金属層から成る場合であれば、ニッケルクロム等の金属を蒸着法等の薄膜形成法を用いることにより絶縁基体１の上面中央部に所定のパターンに被着形成することができる。なお、第１のメタライズ層８の露出する表面には、第１のメタライズ層８が酸化腐食するのを防止するとともに、後述する第２のメタライズ層１０との接合を強固にするために、厚みが０．０１〜２．０μｍ程度の金等の金属膜を形成していても良い。

第２のメタライズ層１０は、ダイアフラム２の第２の電極９の周囲（図１ではダイアフラム２の下面）に形成されている。第２のメタライズ層１０は、第２の電極９および第１のメタライズ層８に接合されているとともに、配線導体５ｂに半導体素子３の電極が半田バンプ等の導電性接合材６を介して接続されることにより、半導体素子３の電極と第２の電極９とが電気的に接続される。

第２のメタライズ層１０は、厚膜形成法または薄膜形成法により被着された金属層からなる。第２のメタライズ層１０は、例えば、厚膜形成法により被着された金属層から成る場合であれば、タングステン，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スクリーン印刷法によりダイアフラム２用のセラミックグリーンシートに印刷塗布し焼成することによって、ダイアフラム２の第２の電極９の周囲に枠状のパターンで形成される。なお、第２のメタライズ層１０の露出する表面には、第２のメタライズ層１０が酸化腐食することを防止するとともに、第１のメタライズ層８との接合を強固にするために、厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルめっき層が被着されている。

また、第２のメタライズ層８は、例えば、薄膜形成法により被着された金属層から成る場合であれば、ニッケルクロム等の金属を蒸着法等の薄膜形成法を用いることにより絶縁基体１の上面の中央部に所定のパターンに被着形成することができる。なお、第２のメタライズ層１０の露出する表面には、第２のメタライズ層１０が酸化腐食するのを防止するとともに、第１のメタライズ層８との接合を強固にするために、厚みが０．０１〜２．０μｍ程度の金等の金属膜を形成していても良い。

なお、第２の電極９をダイアフラム２の絶縁基体１と対向する面（図１では下面）のほぼ全面に被着し、第２の電極９の外周部を第２のメタライズ層１０としてもよい。また、第２の電極９をダイアフラム２の絶縁基体１と対向する面（図１では下面）の中央部に被着させるとともに、第２の電極９の周囲のダイアフラム２の主面に第２の電極９と電気的に接続される第２のメタライズ層１０を別に形成しても良い。

第１の電極７と第２の電極９とが、間に空間が形成されるようにして接合されることで、第１の電極７および第２の電極９の対向面積および第１の電極７および第２の電極９の間隔に応じた所定の静電容量が形成される。そして、ダイアフラム２の上面に外部の圧力が加わると、その圧力に応じてダイアフラム２が絶縁基体１側に撓んで第１の電極７と第２の電極９との間隔が変わり、それにより第１の電極７と第２の電極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が、配線導体５ａ，５ｂを介して凹部１ａ内に収容される半導体素子３に伝達され、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検出することができる。すなわち、半導体素子３は、第１の電極７と第２の電極９との間の静電容量の変化に基づいてダイアフラム２に加わる圧力を検出する。

本発明の圧力検出装置用パッケージは、絶縁基体１の表面の第１の電極７の周囲に形成され、ダイアフラムが配置される領域を規定する突起部１２を備え、第１の電極７および第２の電極９が、表面が研磨されたメタライズ層または薄膜形成法により被着された金属層であることにより、圧力の検出精度を向上させつつ小型化を図ることができる。

すなわち、本発明の圧力検出装置用パッケージは、絶縁基体１の表面の第１の電極７の周囲に形成され、ダイアフラム２が配置される領域を規定する突起部１２を備えることにより、ダイアフラム２を絶縁基体１の表面の対向する位置に配置する際に、突起部１２をダイアフラム２と絶縁基体１との位置合わせ用として用いて、ダイアフラム２の位置ずれを抑制し、ダイアフラム２を絶縁基体１の表面の所定の位置に精度良く配置させることができ、第１の電極と第２の電極との位置精度を高いものとすることができる。従って、外部圧力の検出精度を向上させ、かつ、圧力検出のばらつきを低減させることができる。

また、第１の電極７および第２の電極９は、表面が研磨されたメタライズ層または薄膜形成法により被着された金属層であることにより、第１の電極７および第２の電極９のそれぞれの厚みばらつきを小さくすることができて、第１の電極７と第２の電極９との間隔を全面において均一にすることが容易となり、外部の圧力を精度良く検出することができる。

また、第２の電極をダイアフラム２の下面に薄く形成することができるので、ダイアフラム２にかかる第２の電極９の質量を小さくし、遠心力の作用を受けたときに第２の電極９の質量によるダイアフラム２の変位を小さく抑えることができる。また、第２の電極９をダイアフラム２に薄く形成することで、ダイアフラム２にかかる第２の電極９の質量を低減させることができ、ダイアフラム２の変形等に関して第２の電極９の影響を小さくすることができるので、ダイアフラム２を薄くかつ平坦なものとして形成しやすくなる。従って、外部の圧力が印加された際のダイアフラム２をより撓みやすくすることで、外部の圧力を感度良く検出することができるとともに、所要の容量を得るためのダイアフラム２や第２の電極９の面積を小さくすることができ、ダイアフラム２や第２の電極９の質量をさらに小さくして遠心加速の影響を低減させることができる。

また、図５に示すように、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいて、突出部１２は、ダイアフラム２より突出して形成されていることが好ましい。このような構成により、圧力検出装置用パッケージを取り扱う際に、ダイアフラム２の外辺や角部に装置等が接触する可能性を低減し、ダイアフラム２が割れることを防止することができる。

また、ダイアフラム２および突起部１２は、セラミックスからなることが好ましい。この構成により、ダイアフラム２を絶縁基体１の表面に対向する位置に配置する際に、ダイアフラム２と突起部１２とが擦れてしまってダイアフラム２や突起部１２が欠け、または、擦れた際に屑が発生して屑が絶縁基体１とダイアフラム２との間に介在してしまうことを低減することができる。従って、外部の圧力を精度良く検出することができる圧力検出装置用パッケージとすることができる。

なお、ダイアフラム２と突起部１２との機械的強度を近いものとするために、例えばダイアフラムが酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、突起部１２も酸化アルミニウム質焼結体から成ることが好ましい。すなわち、ダイアフラムと突起部とは同じ材質からなることが好ましい。

また、図７に示すように、本発明の圧力検出装置用パッケージにおいて、スペーサ１１は、絶縁基体１に形成された第１のメタライズ層８と、ダイアフラムに形成された第２のメタライズ層１０と、第１のメタライズ層８および第２のメタライズ層１０の間に形成されたメッキ層１３とを有することが好ましい。この構成により、スペーサ１１を薄く形成しやすくなり、静電容量を形成する第１の電極７と第２の電極９との間隔を小さなものとすることができる。

また、第１の電極７と第２の電極９との間隔を小さくできることから、所要の静電容量を形成する第１の電極７と第２の電極９との対向面積を小さくしてダイアフラム２を小さく形成することができ、本発明の圧力検出装置用パッケージをより小型化することができるとともに、ダイアフラム２および第２の電極９の質量をさらに小さくでき、遠心力による影響をさらに低減することができるものとなる。

なお、第１のメタライズ層８は、第１の電極７と同様に形成し、同じ厚みとしていることが好ましい。例えば、第１の電極７が研磨されたメタライズ層からなるものであれば、第１のメタライズ層８は研磨されたメタライズ層とし、第１の電極７が薄膜形成法により被着された金属層から成るものであれば、第１のメタライズ層８は薄膜形成法により被着された金属層とすることが好ましい。また、第２のメタライズ層１０は、第２の電極９と同様に形成し、同じ厚みとしていることが好ましい。例えば、第２の電極９が研磨されたメタライズ層からなるものであれば、第２のメタライズ層１０は研磨されたメタライズ層とし、第２の電極９が薄膜形成法により被着された金属層から成るものであれば、第２のメタライズ層１０は薄膜形成法により被着された金属層とすることが好ましい。これにより、メッキ層１３およびろう材１４の厚みを第１の電極７と第２の電極９との間に静電容量を形成するための間隔とすることができ、第１の電極７と第２の電極９との間隔や絶縁基体１とダイアフラム２との間隔を調整しやすくなる。

また、第１のメタライズ層８と第２のメタライズ層１０とがメッキ層１３を介してろう材１４によって強固に接合されているので、絶縁基体１とダイアフラム２とを気密性の高いものとして接合することができ、密閉空間内の圧力を一定に保持して外部の圧力を感度良く検出するものとすることができる。

また、第１の電極７と第２の電極９との間隔を小さくできることから、所要の静電容量を形成する第１の電極７と第２の電極９との対向する面積を小さくしてダイアフラム２を小さくすることができ、本発明の圧力検出装置用パッケージを小型化することができるとともに、ダイアフラム２および第２の電極９の質量をさらに小さくでき、遠心力による影響をさらに低減することができる。

また、ろう材１４は、金−錫合金半田等から成り、薄膜形成法等により薄く被着形成しておくと、第１の電極７と第２の電極９との間をより小さいものし、感度が高く小型なものとすることができる。

なお、メッキ層１３は、例えば０．３〜１０μｍ程度の金等の金属を無電解メッキ法等により第２のメタライズ層上に枠状に被着されることによって、第１の電極７を囲繞するような枠部となるとともに、第１のメタライズ層８とを金−錫合金半田等のろう材１４により接合させることによって、絶縁基体１とダイアフラム２との間に密閉空間を形成するとともに、第１のメタライズ層８と第２のメタライズ層１０とを電気的に接続させて第２の電極９を半導体素子に電気的に接続させる。

なお、メッキ層１３は、厚さ０．３〜１０μｍ程度の金箔のような金属板をダイアフラム２の外周部に枠状に被着させたものとしてもよい。また、メッキ層１３は第２のメタライズ層１０の表面に形成される例を示したが、第１のメタライズ層８の表面に形成され、このめっき層１１をダイアフラム２の外周部の第２のメタライズ層１０にろう材１４によって接合させてもよい。また、メッキ層１３を第１のメタライズ層８および第２のメタライズ層１０のそれぞれの表面に形成し、これらのメッキ層１３同士をろう材１４によって接合させてもよい。

また、図８に示すように、第１のメタライズ層８および第２のメタライズ層１０の少なくとも一方の表面にメッキ層１３を形成し、メッキ層１３を介して第１のメタライズ層８と第２のメタライズ層１０とが熱圧着によって接合されていても良い。これにより、ろう材１４によらずに第１のメタライズ層８と第２のメタライズ層１０とを接合することができるので、メッキ層１３の厚みを第１の電極７と第２の電極９との間隔とすることとなり、メッキ層１３は、絶縁基体１またはダイアフラム２の外周部に形成される従来の枠状の突起部よりも薄く形成しやすいので、静電容量を形成する第１の電極７と第２の電極９との間隔を小さいものとすることができる。

また、第１のメタライズ層８と第２のメタライズ層１０とがメッキ層１３を介して熱圧着されるので、絶縁基体１とダイアフラム２とをろう材１４等の接合材を使用せずに接合でき、接合時に接合材の厚みが偏るのを有効に防止して絶縁基体１とダイアフラム２とをきわめて平行にすることができる。その結果、外部の圧力をより精度良く検出するものとすることができる。

さらに、第１の電極７と第２の電極９との間隔を小さくできることから、所要の静電容量を形成する第１の電極７と第２の電極９との対向する面積を小さくすることができるので、ダイアフラム２を小さくすることができ、本発明の圧力検出装置用パッケージを小型化することができるとともに、ダイアフラム２および第２の電極９の質量をさらに小さくでき、遠心力による影響をさらに低減することができる。

なお、第１のメタライズ層８は、第１の電極７と同様に形成し、同じ厚みとしていることが好ましい。例えば、第１の電極７が研磨されたメタライズ層からなるものであれば、第１のメタライズ層８は研磨されたメタライズ層とし、第１の電極７が薄膜形成法により被着された金属層から成るものであれば、第１のメタライズ層８は薄膜形成法により被着された金属層とすることが好ましい。また、第２のメタライズ層１０は、第２の電極９と同様に形成し、同じ厚みとしていることが好ましい。例えば、第２の電極９が研磨されたメタライズ層からなるものであれば、第２のメタライズ層１０は研磨されたメタライズ層とし、第２の電極９が薄膜形成法により被着された金属層から成るものであれば、第２のメタライズ層１０は薄膜形成法により被着された金属層とすることが好ましい。これにより、メッキ層１３の厚みを第１の電極７と第２の電極９との間に静電容量を形成するための間隔とすることができ、第１の電極７と第２の電極９との間隔や絶縁基体１とダイアフラム２との間隔を調整しやすくなる。

メッキ層１３は、例えば、０．３〜１０μｍ程度の金等の金属を無電解メッキ法等により、第２のメタライズ層１０の外周部に枠状に被着することによって、第２の電極９を囲繞するような枠部となるとともに、第１のメタライズ層８とメッキ層１３とを熱圧着させることによって、絶縁基体１とダイアフラム２との間に密閉空間を形成するとともに、第１のメタライズ層８と第２のメタライズ層１０とを電気的に接続させて第２の電極９を半導体素子３に電気的に接続させる。

なお、メッキ層１３は、厚さ０．３〜１０μｍ程度の金箔のような金属板をダイアフラム２の外周部に枠状に熱圧着等によって被着させてもよい。また、メッキ層１３は第２のメタライズ層１０の表面に被着される例を示したが、第１のメタライズ層８の表面に被着させ、このメッキ層１３をダイアフラム２の外周部の第２のメタライズ層１０に熱圧着によって接合させても良い。また、メッキ層１３を第１のメタライズ層８および第２のメタライズ層１０のそれぞれの表面に形成し、これらメッキ層１３同士を熱圧着によって接合させてもよい。

また、メッキ層１３を熱圧着し、第１のメタライズ層８と第２のメタライズ層１０とを接合した後、メッキ層１３の外周部を金−錫合金半田等のろう材１４により覆われていても構わない。これにより、熱圧着により接合された絶縁基体１と絶縁板２との間の密閉空間を外周部のろう材１４によってさらに封止することにより、さらに気密性の高いものとすることができる。従って、密閉空間内の圧力を一定に保持することができるので、外部の圧力が変化した際に、外部の圧力を精度良く検出することができる小型の圧力検出装置用パッケージとすることができる。

また、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、絶縁基体の搭載部に搭載され、第１の電極と前記第２の電極との間の静電容量の変化に基づいてダイアフラムに加わる圧力を検出する半導体素子とを備えている。このような構成により、小型化を図りつつ圧力の検出精度を向上させたとすることができる。

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、一方の主面に半導体素子３が搭載される絶縁基体１の他方の主面に静電容量形成用の第一電極７が被着されるとともに、絶縁基体１との間に密閉空間を形成するように可撓な状態で絶縁基体１に接合されたダイアフラム２の内側の主面にこの第１の電極７と対向するように被着された静電容量形成用の第２の電極９とを具備することから、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１の電極７および第２の電極９を、絶縁基体１の表面および内部に配設された配線導体５ａ，５ｂを介して半導体素子３の各電極に接続することから、第一電極７および第二電極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用パッケージを提供することができる。

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、メッキ層１３は、第１のメタライズ層８または第２のメタライズ層１０の外周部まで形成していなくても良く、メッキ層１３を介して絶縁基体１とダイアフラム２とを接合した後、ろう材１４がメッキ層１３の外周部を覆うとともに、第１のメタライズ層８または第２のメタライズ層１０の外周部を覆うようにしても良い。また、第１の電極７および第２の電極９の少なくとも一方の表面に絶縁膜を被着させても良い。第１の電極７および第２の電極９の少なくとも一方に絶縁膜を被着させることにより、ダイアフラム２が撓んだ際に、第１の電極７と第２の電極９とが短絡することを防止することができる。

本発明の圧力検出装置用パッケージの実施の形態の第１の例の構造を示す平面図である。 図１に示した圧力検出装置用パッケージのＸ−Ｘ’線における断面図である。 本発明の圧力検出装置用パッケージの実施の形態の第２の例の構造を示す平面図である。 本発明の圧力検出装置用パッケージの実施の形態の第３の例の構造を示す平面図である。 本発明の圧力検出装置用パッケージの実施の形態の第４の例の構造を示す断面図である。 本発明の圧力検出装置用パッケージの実施の形態の参考例の構造を示す平面図である。 本発明の圧力検出装置用パッケージの実施の形態の第５の例の構造を示す断面図である。 本発明の圧力検出装置用パッケージの実施の形態の第６の例の構造を示す断面図である。

符号の説明

１・・・・・・・・・・・絶縁基体
１ａ・・・・・・・・・・凹部
１ｂ・・・・・・・・・・搭載部
２・・・・・・・・・・・ダイアフラム
３・・・・・・・・・・・半導体素子
４・・・・・・・・・・・樹脂製封止材
５、５ａ、５ｂ・・・・・配線導体
６・・・・・・・・・・・導電性接合材
７・・・・・・・・・・・第１の電極
８・・・・・・・・・・・第１のメタライズ層
９・・・・・・・・・・・第２の電極
１０・・・・・・・・・・第２のメタライズ層
１２・・・・・・・・・・突起部
１３・・・・・・・・・・メッキ層
１４・・・・・・・・・・ろう材

Claims (5)

1. 半導体素子が搭載される搭載部を有し、表面に第１の電極が形成された絶縁基体と、
   前記第１の電極に対向する第２の電極を有し、前記絶縁基体の前記表面に対向する位置に配置され、外辺が四角形状のダイアフラムと、
   前記絶縁基体の前記表面と前記ダイアフラムとの間に形成されたスペーサと、
   前記絶縁基体の前記表面の前記第１の電極の周囲に形成され、前記ダイアフラムが配置される領域を規定するとともに、前記ダイアフラムの３辺の外周にのみ位置する突起部とを備え、
   前記第１の電極および前記第２の電極は、表面が研磨されたメタライズ層、または薄膜金属層であることを特徴とする圧力検出装置用パッケージ。
2. 前記突起部の先端が、前記ダイアフラムよりも上方に突出して形成されていることを特徴とする請求項１記載の圧力検出装置用パッケージ。
3. 前記ダイアフラムおよび前記突起部は、セラミックスからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧力検出装置用パッケージ。
4. 前記スペーサは、前記絶縁基体に形成された第１のメタライズ層と、前記ダイアフラムに形成された第２のメタライズ層と、前記第１のメタライズ層および前記第２のメタライズ層の間に形成されたメッキ層とからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の圧力検出装置用パッケージ。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載された圧力検出装置用パッケージと、前記絶縁基体の前記搭載部に搭載され、前記ダイアフラムに加わる圧力を検出する半導体素子とを備えていることを特徴とする圧力検出装置。

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