JPH01259231A - 半導体圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体圧力センサに係り、特に半導体圧力セン
サを構成するダイヤフラム型半導体チップのレーザトリ
ミンク（回路調整）に関する。

Ｃ従来の技術〕 ダイヤフラム型半導体圧力センサ（例えばシリコン圧力
センサ）は、ダイヤフラムの変形に伴う応力によって抵
抗素子の抵抗値が変化する。いわゆるピエゾ抵抗効果を
利用した圧力センサで、近年、半導体技術の進歩に伴い
、工業計測、医療。

自動車等の分野で広く利用されつつある。この種の圧力
センサの従来例としては、月刊誌「センサ技術Ｊ　　（
１，９８５年５月号９発行社　情報調査会）の第３２頁
〜第３５頁に記載されたものや、特開昭６２−７２１７
８号公報等に開示されたものがある。

第６図に、この半導体圧力センサの従来例として絶対圧
型のセンサを例示する。

第６図において、１′はシリコンチップで、裏面に凹加
工を施してダイヤフラｌ＼１’　ａが形成される。ダイ
ヤフラム１’　　ａには、拡散抵抗による歪ゲージ（図
示せず）が配設される。シリコンチップ１′は、シリコ
ンチップと熱膨脹係数が一致するか又は近似する台座２
（例えばパイレックスガラス３７７４０）にアノティッ
クボンディングにより接合される。台座２には、被測定
圧力を導入するための通路２ａが形成される。シリコン
チップ１′は、そのダイヤフラムの圧力検知面が通路２
ａの開口に対向するようにして、台座２上に固定支持さ
れる。

５は基盤で、被測定圧力導入孔５ａを有する。

基盤５の上面には、シリコンチップ１′付の台座２がメ
タライズ層３を介した半田により接合される。このメタ
ライズ層３は、第１層が台座２の材質と接合強度の強い
Ｔ〕もしくはＣｒ、Ｎｉ−Ｃｒなどの接着層よりなり、
第２層が多層構造材料の層間拡散を防止するＮ１もしく
はＷ、　Ｍ　ｏ　。

ｐｔなどの拡散防止層よりなり、第３層が表面の酸化を
保護するＡｕもしくはｐｔなどの表面酸化保護層よりな
る、３層で構成されている。また、基盤５の下面には、
圧力導入バイブロがろう剤（例えば、銀ろう、銅ろう）
を用いて接合される。

また基盤５の中心から半円周上に４個の外部との電気的
接続を得るためのリートピン７がハーメチックシールガ
ラス８で封着される。

９は金属製のキャップで、基盤５上しこプロジェクショ
ン溶接により接合され、キャップ内は基準圧（例えば真
空圧）の状態に保たれ、基準圧室１］を形成する。基準
圧室１１中にシリコンチップ１′付の台座２が配置され
る。

このような圧力センサは、バイブロ、圧力導入孔５ａ、
圧力導入通路２ａを介してダイヤフラム１ａの圧力検知
面に被測定圧力を導入する。ダイヤフラム１ａは基準圧
と被測定圧力との差圧により変形し、その時の歪ゲージ
の出力がリード線］−０及びリートピン１１を介して外
付のハイブリツｈＩＣ（増幅回路、温度補償回路）に送
られ、被測定圧力が検出される。この圧力センサは、基
準圧を真空圧とすれば絶対圧型のセンサとなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

この種の半導体圧力センサは、同−設計で製造されでも
、回路特性にばらつきが生じるため、通常は、増幅回路
等に組込まれる回路調整素子（抵抗）しこレーザ等を照
射して抵抗の一部を削り取り、このようにして回路トリ
ミング（特性調整）を行っている。

また、最近では半導体技術の進歩により、シリコンチッ
プに歪ゲージ付ダイヤフラムを形成する他に、従来外付
けされていた増幅回路、温度補償回路もダイヤフラム型
のシリコンチップに一体に形成するものが実用化されて
いる。

ところで、このようなダイヤフラム・増幅回路・温度補
償回路一体型のシリコンチップを、絶対圧センサとして
用いた場合、このシリコンチップに形成される回路を相
対圧センサと同様に大気中でトリミングすると、次のよ
うな不具合が生しる。

すなわち、大気圧で回路トリミングを行った後に、これ
を圧力センサのキャップ内に基準圧（真空圧）の下で組
込んだ場合、ダイヤフラムの圧力検知面側に大気がかか
り、反圧力検知面側が真空圧となる。その結果、センサ
が被測定圧を検出する前からダイヤフラムに多少の変形
が生じ出力のずれが生じ、せっかくトリミングを行って
も回路特性の精度が低下する。従来は、このような問題
に対し充分な配慮がされていなかった。一般的には、絶
対圧センサとして用いる場合には、センサにキャップを
被着する前に、予め基準圧の雰囲気の下でシリコンチッ
プの回路トリミングを行い、その後でキャップの被着を
行う手法が採用されていた。

しかしながら、このような手法によれば、トリミング後
にキャップを被着するので、トリミング前後に基準圧が
変動すると、トリミング時の基準圧とキャップ取付後の
センサ内の基準圧にずれが生じ、回路特性のトリミング
精度を必ずしも充分に満足させるものではなかった。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、絶対圧センサにおいても高精度の回
路トリミングを行い、ひいてはセンサの検出精度を高め
ることのできる半導体圧力センサ及びそのレーザトリミ
ング法を提供することにある。゛ 一８＝ 〔課題を解決するための手段〕 上記目的は、圧力センサを構造的見地からとらえれば次
のような手段を施すことで達成される。

すなわち、圧力を検出するためのダイヤフラム。

増幅回路、温度補償回路を形成した半導体チップと、 被測定圧力を導入する通路を有し、この被測定圧力導入
通路の開口に前記ダイヤフラムの圧力検知面を対向させ
て前記半導体チップを固定支持する台座とを備えてなる
半導体圧力センサにおいて、（１）、少なくとも前記ダ
イヤフラムの反圧力検知面側の半導体チップ面上を設定
の基準圧に保ちつつキャップで気密に囲み、且つ前記キ
ャップはレーザを透過させる材質で形成する。

或いは、（２）、前記半導体チップ上に、前記ダイヤフ
ラムの反圧力検知面が基準圧となるようにキャップを気
密状に配置し、且つ前記半導体チップの回路調整素子を
前記キャップの外側に配置することで達成される。

また、レーザトリミングの方法的な見地からとらえれば
、次の（］’　）　　、　（２’　）方法を採用するこ
とで達成される。

（］’）、すなわち、前述の（１）の構造的特徴を利用
し、半導体チップに形成寝れる回路のトリミングを行う
場合には、レーザ透過性を有するキャップを配置して半
導体チップ面上を基準圧とした後、レーザを大気中から
前記キャップを透過させて前記半導体チップの回路調整
素子に照射することにより、１〜リミンクを行う。

（２’）、または、（２）の構造的特徴を利用し、半導
体チップ上にキャップを配置して前記ダイヤフラムの反
圧力検知面を基準圧とし、一方、前記半導体チップの回
路調整素子を前記キャップの外側に配置して、この回路
調整素子に大気中にてレーザを照射することにより、ト
リミングを行う。

〔作用〕

前述した（１）　、　（２）のセンサによれば、いずれ
もダイヤフラム型半導体チップの反圧力検知面がキャッ
プにより基準圧に保たれるので、絶対圧センサとして使
用できる。

そして、（１）の構造的特徴及びこれに対応する（１′
）のレーザトリミング法、又は（２）の構造的特徴及び
これに対応する（２′）のレーザトリミング法によれば
、いずれもキャップの被着後レーザトリミングを行い得
るので、次のような利点を有する。すなわち、圧力セン
サの基準圧はキャップの被着（気密作用）により、以後
、一定に保たれ、この安定した基準圧雰囲気にダイヤフ
ラム型半導体チップをセットした後に、この半導体チッ
プの回路調整素子をレーザトリミングを行うので、外部
からのアクシデンＩ・かない限り、トリミング前後に基
準圧変動が発生しない。その結果、高精度で安定した回
路トリミングが可能となり、ひいては、絶対圧センサと
しての検出精度を高めることができる。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１図ないし第５図に基づき説明する
。なお、これらの図面中、既述した第６図の従来例と同
一符号は同−或いは共通する要素を示す。

第１図は本発明の第１実施例である。

本実施例の半導体チップ（シリコンチップ）１は、シリ
コン単結晶の裏面に凹部を施してダイヤフラム１ａを形
成し、且つ表面にダイヤフラム１ａに対応する歪ゲージ
（拡散抵抗）及び集積化された増幅回路、温度補償回路
が形成される。このシリコンチップ１及び台座２及びリ
ードピン７等の取付けは、第６図の従来例同様なので説
明を省略する。

シリコンチップ１の回路出力側は、基盤５上にシリコン
チップ１及び台座２髪搭載後に、Ａｕ細線１０（φ３０
μｍ）を介してリードピン７と接続される。その後、基
準圧に設定された雰囲気中で後述するキャップ９ａが基
盤５上に気密状態で被着される。

キャップ９ａは、例えば石英ガラス、サファイアガラス
等のように良好なレーザ透過性を有する材料で形成され
、キャップ９ａは、基盤５に、例えばアノディックボン
ティング又は符号３で示したものと同様の３層のメタラ
イズ層１３を介し半田付けを行うことで被着され、シリ
コンチップ１及び台座２の周りに基準圧室１１が形成さ
れる。

しかして、このような圧力センサにおいてレーザトリミ
ングを行う場合には、第１図の矢印に示す如く、大気中
からレーザ透過性キャップ９ａを介して、レーザを透過
させ、基準圧中のシリコンチップ１に形成された回路調
整素子に照射して、トリミングが行われる。以上により
本実施例によれば、キャップ９ａを被着した後の基準圧
中（基準圧室１１内）でシリコンチップ１の回路特性ト
リミングを行うので、トリミングの前後で、基準圧の変
化をもたらす事態が生じることなく、安定で高精度なセ
ンサ性能を有する半導体圧力センサが得られる。

第２図に本発明の第２実施例を示す。　　。

第２実施例は、シリコンチン１１９台座２と本実施例の
要部となるキャップ９ｂとの組合せ状態を示す６本実施
例のキャップ９ｂは、第１実施例同様にレーザ透過性を
有する材料で形成されるが、キャップ９ｂがシリコンチ
ップ１上に接合搭載（接合は、アノディックポンチイン
ク等で行われる）される点に特徴を有する。このキャッ
プ９ｂは、シリコンチップ１−のダイヤフラム１ａの反
圧力検知面側、増幅回路及び温度補償回路を囲むように
して、基準圧雰囲気の下てシリコンチップ１上に被着さ
れる。この場合にも、キャップ９ｂ内は基準圧室１１が
形成され、ダイヤフラムの１面は基準圧となり、他面（
圧力検知面）は被測定圧力がかかるので、絶対圧センサ
を構成し得る。

また、シリコンチップ１の回路Ｉ−リミングを行う場合
には、第１実施例と同様に、レーザを大気中からガラス
キャップ９ｂを介して基準圧中（キャップ内）の回路調
整素子に照射する。この場合にも、キャップ被着後の基
準圧中でレーザトリミングを行うので、トリミングの前
後で基準圧の変化をもたらす事態が生ぜず、安定で高精
度な半導体圧力センサが得られると共に、キャップ９ｂ
の小形化を図り得る。またキャップ９ｂの小形化により
、センサの種々の実装形態を採用することができる。

第４図、第５図は、第２図に示した半導体圧力変換部の
実装例を示すものである。

第４図は、シリコンチップ１付きの台座２にキャップ９
ｂを接合した圧力変換部を基盤５に搭載した後、金属製
キャップ９を大気中の雰囲気で被着したものである。

また、第５図は、シリコンチップ１及びキャップ９ｂを
備えた台座２をモールドケース（基盤）５′に接着剤１
５を介して固定収納後、モールドケース５′にモールド
キャップ５’　　ａを大気中で被着したものである。

第３図に本発明の第３実施例を示す。

第３実施例の符号９ｃで示す部分は、レーザ透過性を有
しないガラスキャップ（或いは金属キャップ等でもよい
）で、このキャップ９ｃは第２実施例のキャップ９ｂよ
り形状面積が小さく、シリコンチップ１におけるダイヤ
フラム１ａの反圧力検知面に対応して接合される。また
、シリコンチップ１に形成される増幅回路、温度補償回
路はキャップ９ｃの外側に配置される。キャップ９ｃは
、第］９．第２実施例同様に基準圧雰囲気の下でシリコ
ンチップ１上に被着される。従って、この場合にも、ダ
イヤフラム１ａの反圧力検知面が基準圧となるので、絶
対圧センサとして機能を発揮する。

そして、本実施例の場合にレーザトリミングを行う場合
には、第３図に示すように、キャップ９ｃを被着後、キ
ャップ外（大気中）にて回路調整素子にレーザを照射し
トリミングを行う。このようなレーザトリミング法にお
いても、キャップを被着して、ダイヤフラム１ａを実際
の使用条件における基準圧に設定した後、レーザトリミ
ングを行い得るので、トリミングの前後で基準圧の変化
をもたらす事態が生ぜず、安定で高精度な半導体圧力セ
ンサが得られる。また、第２実施例同様にキャップの小
形化ひいては、圧力センサが種々の実装置ル様（例えば
、第４．第５図の実装態様）を採用し得る。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、キャップを被着して基準
圧を一定に保った後にレーザトリミング−１６＝ を行うので、トリミング調整を高精度に行い、ひいては
、絶対圧センサとしての検出精度を高めることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す縦断面図、第２図は
本発明の第２実施例を示す要部断面図、第３図は本発明
の第３実施例を示す要部断面図、第４図及び第５図は第
２．第３実施例の圧力変換素子を実装した例を表わす縦
断面図、第６図は絶対圧センサの従来例を示す縦断面図
である。 １・・・半導体チップ、１ａ　・ダイヤフラム、２・・
・台座、２ａ・・被測定圧力導入通路、５　基盤、９ａ
。 ９ｂ・・レーザ透過性キャップ、９ｃ・キャップ、１１
・・基準圧室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧力を検出するためのダイヤフラム、増幅回路、温
   度補償回路を形成した半導体チップと、被測定圧力を導
   入する通路を有し、この被測定圧力導入通路の開口に前
   記ダイヤフラムの圧力検知面を対向させて前記半導体チ
   ップを固定支持する台座とを備えてなる半導体圧力セン
   サにおいて、 少なくとも前記ダイヤフラムの反圧力検知面側の半導体
   チップ面上を、設定の基準圧に保ちつつキャップで気密
   に囲み、且つ前記キャップは、レーザを透過させる材料
   で形成してなることを特徴とする半導体圧力センサ。 ２、第１請求項記載のものにおいて、前記キャップは、
   前記半導体チップ付の台座を搭載する基盤上に、前記半
   導体チップ及び台座を囲むようにして被着される半導体
   圧力センサ。 ３、第１請求項記載のものにおいて、前記キャップは、
   前記半導体チップ面上に、前記ダイヤフラム面の反圧力
   検知面及び前記増幅回路、温度補償回路を囲むようにし
   て被着される半導体圧力センサ。 ４、圧力を検出するためのダイヤフラム、増幅回路、温
   度補償回路を形成した半導体チップと、被測定圧力を導
   入する通路を有し、この被測定圧力導入通路の開口に前
   記ダイヤフラムの圧力検知面を対向させて前記半導体チ
   ップを固定支持する台座とを備えてなる半導体圧力セン
   サにおいて、 少なくとも前記ダイヤフラムの反圧力検知面側の半導体
   チップ面上を設定の基準圧に保ちつつキャップで気密に
   囲み、この基準圧を基にして前記半導体圧力センサが被
   測定圧力を検出するように設定し、 且つ前記キャップはレーザを透過させる材料で形成し、
   前記半導体チップに形成される回路のトリミングを行う
   場合には、前記キャップを配置して前記半導体チップ面
   上を基準圧とした後、レーザを大気中から前記キャップ
   を透過させて前記半導体チップの回路調整素子に照射す
   ることにより、トリミングを行うことを特徴とする半導
   体圧力センサのレーザトリミング法。 ５、圧力を検出するためのダイヤフラム、増幅回路、温
   度補償回路を形成した半導体チップと、被測定圧力を導
   入する通路を有し、この被測定圧力導入通路の開口に前
   記ダイヤフラムの圧力検知面を対向させて前記半導体チ
   ップを固定支持する台座とを備えてなる半導体圧力セン
   サにおいて、 前記半導体チップ上に、前記ダイヤフラムの反圧力検知
   面が基準圧となるようにキャップを気密状に配置し、且
   つ前記半導体チップの回路調整素子を前記キャップの外
   側に配置してなることを特徴とする半導体圧力センサ。 ６、被測定圧力を検出するためのダイヤフラム、増幅回
   路、温度補償回路を形成した半導体チップと、 被測定圧力を導入する通路を有し、この被測定圧力導入
   通路の開口に前記ダイヤフラムの圧力検知面を対向させ
   て前記半導体チップを固定支持する台座とを備えてなる
   半導体圧力センサにおいて、 前記半導体チップ上に、前記ダイヤフラムの反圧力検知
   面が基準圧となるようにキャップを気密に配置して、こ
   の半導体圧力センサが基準圧を基にして被測定圧力を検
   出するように設定し、 且つ前記半導体チップに形成される回路のトリミングを
   行う場合には、前記キャップを配置して前記ダイヤフラ
   ムの反圧力検知面を基準圧とし、一方、前記半導体チッ
   プの回路調整素子を前記キャップの外側に配置し、前記
   キャップの配置後に、この回路調整素子に大気中でレー
   ザ照射することにより、トリミングを行うことを特徴と
   する半導体圧力センサのレーザトリミング法。