JP4789357B2 - 圧力検出装置用パッケージ - Google Patents

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２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ており、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ており、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ろう付けされた絶縁板と、この絶縁板の内側主面に第一電極に対向して被着されており、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。
【０００５】
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、この第一電極に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ろう付けさせたことから、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。
【０００６】
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、外部の圧力が印加された際に第二電極が被着された絶縁板のみが撓むので第一電極と第二電極との間隔の変化量が小さく、外部圧力の変化を敏感に捉えることができないという問題点を有していた。
【０００７】
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、その目的は外部の圧力を感度よく検出することが可能な小型の圧力検出装置を提供することにある。
【０００８】
【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絶縁基体と、この絶縁基体の表面および内部に配設されており、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、前記絶縁基体の上面外周部に設けられ切り欠き部を有した枠状の突起部と、該枠状の突起部上に前記絶縁基体の他方の主面との間に開放空間を形成するように可撓な状態で接合された第一絶縁板と、該第一絶縁板の上面に接合された枠体と、該枠体の上面に第一絶縁板上にこの第一絶縁板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第二絶縁板と、第一絶縁板の密閉空間側主面に被着されており、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、第二絶縁板の密閉空間側主面に第一電極と対向するように被着されており、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して成ることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、上記構成としたことから、外部の圧力が印加された際に第一電極が被着された第一絶縁板と第二電極が被着された第二絶縁板との両方が撓むので、第一電極と第二電極との間の間隔の変化量が大きくなり、その結果、圧力検出の感度が高いものとなる。
【００１０】
【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は絶縁基体、２は第一絶縁板、３は第二絶縁板、４は半導体素子である。
【００１１】
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・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。
【００１２】
絶縁基体１は、その下面中央部に半導体素子４を収容するための凹部１ａが形成されており、それにより半導体素子４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４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４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５を充填することにより半導体素子４が封止される。なお、この例では半導体素子４は樹脂製封止材５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４は絶縁基体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。
【００１３】
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配線導体６が導出しており、これらの配線導体６と半導体素子４の各電極をボンディングワイヤ７等の電気的接続手段を介して接続することにより半導体素子４の各電極と各配線導体６とが電気的に接続される。なお、この例では、半導体素子４の電極と配線導体６とはボンディングワイヤ７を介して接続されるが、半導体素子４の電極と配線導体６とは半田バンプ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。
【００１４】
配線導体６は、半導体素子４の各電極を外部電気回路および後述する第一電極８・第二電極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の外周下面に導出し、別の一部は第一電極８・第二電極９に電気的に接続されている。そして、半導体素子４の各電極をこれらの配線導体６にボンディングワイヤ７を介して電気的に接続するとともに半導体素子４を樹脂製封止材５で封止した後、配線導体６の絶縁基体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４が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【００１５】
このような配線導体６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６の露出表面には、配線導体６が酸化腐食するのを防止するとともに配線導体６と半田等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。
【００１６】
また、絶縁基体１の上面外周部には高さが0.01〜５ｍｍ程度でその一部に切り欠き部を有する略枠状の突起部１ｃが設けられており、この突起部１ｃ上に第一絶縁板２が絶縁基体１との間に開放空間Ｓ１を形成するようにして接合されている。突起部１ｃは、絶縁基体１と第一絶縁板２との間に開放空間Ｓ１を形成するためのスペーサ部材として機能し、その高さが0.01ｍｍ未満では、外部の圧力が低くなった場合に絶縁基体１と第一絶縁板２とが接触して外部の圧力を正確に検出することができなくなる危険性が大きくなり、他方５ｍｍを超えると、圧力検出装置用パッケージの小型化を阻害してしまう。したがって、突起部１ｃの高さは0.01〜５ｍｍの範囲が好ましい。
【００１７】
突起部１ｃの上に接合された第一絶縁板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・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。
【００１８】
なお、第一絶縁板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、絶縁板２の厚みは0.01〜５ｍｍの範囲が好ましい。
【００１９】
このような第一絶縁板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第一絶縁板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絶縁基体１用の生セラミック成形体に積層した後、これを約1600℃の温度で焼成することにより絶縁基体１の突起部１ｃ上に接合される。
【００２０】
また、第一絶縁板２の上面には静電容量形成用の第一電極８が被着されている。この第一電極８は、後述する第二電極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、この第一電極８には配線導体６の一つ６ａが接続されており、それによりこの配線導体６ａに半導体素子４の電極をボンディングワイヤ７等の電気的接続手段を介して接続すると半導体素子４の電極と第一電極８とが電気的に接続されるようになっている。
【００２１】
このような第一電極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第一絶縁板２用のセラミックグリーンシートに印刷塗布し、これを第二絶縁板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第一絶縁板２の下面に所定のパターンに形成される。
【００２２】
さらに、第一絶縁板２の上面には枠体10が接合されている。枠体10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・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の内周が略円形の枠状であり、第一絶縁板２と後述する第二絶縁板３との間に密閉空間Ｓ２を形成するためのスペーサ部材として機能する。なお、枠体10はその厚みが0.01ｍｍ未満では、外部の圧力が大きく印加された場合に第一電極８と第二電極９とが接触して外部の圧力を正確に検出することができなくなる危険性が大きくなり、他方５ｍｍを超えると、圧力検出装置用パッケージの小型化を阻害してしまうとともに第一電極８と第二電極９との間に形成される静電容量が小さいものとなり圧力検出の感度が低くなってしまう。したがって、枠体10の厚みは0.01〜５ｍｍの範囲が好ましい。
【００２３】
なお、このような枠体10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枠体10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第一絶縁板２用の生セラミック成形体上に積層するとともにこれを約1600℃の温度で焼成することにより第一絶縁板２上に接合される。
【００２４】
さらに、枠体10の上面には略平板状の第二絶縁板３が第一絶縁板２との間に密閉空間Ｓ２を形成するようにして接合されている。この第二絶縁板３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・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、第一絶縁板２と同様に外部の圧力に応じて撓む圧力検出用のダイアフラムとして機能する。
【００２５】
なお、第二絶縁板３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、第二絶縁板３の厚みは0.01〜５ｍｍの範囲が好ましい。
【００２６】
このような第二絶縁板３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第二絶縁板３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枠体10用の生セラミック成形体上に積層した後、これを約1600℃の温度で焼成することにより枠体10上に接合される。
【００２７】
また、第二絶縁板３の下面中央部には、静電容量形成用の略円形の第二電極９が被着されている。この第二電極９は前述の第一電極８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。そして、この第二電極９には、配線導体６の他の一つ６ｂが接続されており、配線導体６ｂに半導体素子４の電極をボンディングワイヤ７等の電気的接続手段を介して接続すると半導体素子４の電極と第二電極９とが電気的に接続されるようになっている。
【００２８】
このような第二電極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第二絶縁板３用のセラミックグリーンシートに印刷塗布し、これを第二絶縁板３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第二絶縁板３の下面の中央部に所定のパターンに形成される。
【００２９】
このとき、第一電極８と第二電極９とは、第一絶縁板２と第二絶縁板３との間に形成された密閉空間Ｓ２を挟んで対向しており、これらの間には、第一電極８や第二電極９の面積および第一電極８と第二電極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、第一絶縁板２および第二絶縁板３に外部の圧力が印加されると、その圧力に応じて第一絶縁板２および第二絶縁板３の両方が同時に撓んで第一電極８と第二電極９との間隔が大きく変わり、それにより第一電極８と第二電極９との間の静電容量が大きく変化するので、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に配線導体６ａ・６ｂを介して伝達し、これを半導体素子４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。
【００３０】
このように、本発明においては、外部の圧力により第一絶縁板２および第二絶縁板３の両方が同時に撓んで第一電極８と第二電極９との間隔が大きく変わるので外部圧力の変化を極めて感度よく検出することができる。また、半導体素子４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。さらに、静電容量形成用の第一電極８および第二電極９を、絶縁基体１に設けた配線導体６ａ・６ｂを介して半導体素子４に接続することから、第一電極８および第二電極９を短い距離で半導体素子４に接続することができる。
【００３１】
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、第一絶縁板２および第二絶縁板３は、絶縁基体１と同時焼成することによって絶縁基体１に接合されていたが、第一絶縁板２および第二絶縁板３は、ろう付けによって絶縁基体１に接合されていてもよい。なお、この場合、枠体10は第一絶縁板２または第二絶縁板３と同時焼成することにより予め第一絶縁板２の上面または第二絶縁板３の下面に予め接合させておけばよい。
【００３２】
【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絶縁基体の他方の主面に、絶縁基体の上面外周部に設けられ切り欠き部を有した枠状の突起部上に絶縁基体の他方の主面との間に開放空間を有するようにして第一絶縁板を接合するとともに第一絶縁板の上面に接合された枠体の上面に第一絶縁板との間に密閉空間を形成するように第二絶縁板を接合し、第一絶縁板の密閉空間側主面に静電容量形成用の第一電極を設けるとともに第二絶縁板の密閉空間側主面に静電容量形成用の第二電極を設けたことから半導体素子を収容するパッケージ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とすることができる。また、静電容量形成用の第一電極および第二電極を、絶縁基体に設けた配線導体を介して半導体素子に接続することから、第一電極および第二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、これらの配線導体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、外部の圧力が印加されると第一絶縁板と第二絶縁板との両方が撓んで第一電極と第二電極との間隔が大きく変わるので極めて感度の高い圧力検出装置を提供することができる。
【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】従来の圧力検出装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・絶縁基体
２・・・・・第一絶縁板
３・・・・・第二絶縁板
４・・・・・半導体素子
６・・・・・配線導体
８・・・・・第一電極
９・・・・・第二電極
Ｓ１・・・・開放空間
Ｓ２・・・・密閉空間

Claims (1)

1. 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、該絶縁基体の表面および内部に配設されており、前記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、前記絶縁基体の上面外周部に設けられ切り欠き部を有した枠状の突起部と、該枠状の突起部上に前記絶縁基体の他方の主面との間に開放空間を形成するように可撓な状態で接合された第一絶縁板と、該第一絶縁板の上面に接合された枠体と、該枠体の上面に前記第一絶縁板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第二絶縁板と、前記第一絶縁板の前記密閉空間側主面に被着されており、前記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、前記第二絶縁板の前記密閉空間側主面に前記第一電極と対向するように被着されており、前記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して成ることを特徴とする圧力検出装置用パッケージ。

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