JPH04258176A - 半導体圧力センサ - Google Patents

半導体圧力センサ

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JPH04258176A
JPH04258176A JP3038902A JP3890291A JPH04258176A JP H04258176 A JPH04258176 A JP H04258176A JP 3038902 A JP3038902 A JP 3038902A JP 3890291 A JP3890291 A JP 3890291A JP H04258176 A JPH04258176 A JP H04258176A
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pressure sensor
pedestal
diaphragm
sensor chip
chip
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Ryoji Takahashi
良治 高橋
Tetsuya Hirose
哲也 広瀬
Hideyuki Ichiyama
一山　秀之
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体圧力センサ（
以下、単に圧力センサとする）、特に製造時の残留応力
を減少し高精度な圧力測定を行うことができる圧力セン
サに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１２は、例えば米国特許第４，６５５
，０８８号明細書に示された従来の圧力センサを示す断
面図であり、図１３及び図１４はそれぞれ図１２に示し
た圧力センサの外装体を示す断面図及び平面図である。 これらの図において、圧力センサチップ（１）は一体モ
ールドと呼ばれる外装体（１０）例えばエポキシ樹脂に
ダイボンド材（６）により固着されている。外装体（１
０）には開口（１３）が形成されており、予めリード（
８）が設けられている。圧力センサチップ（１）とリー
ド（８）とはワイヤ（９）により接続されており、圧力
センサチップ（１）の上部は保護樹脂（１４）で覆われ
ている。圧力センサチップ（１）の上部には、開口（１
１）が形成された防塵用のディスク（１２）が配置され
ている。
【０００３】従来の圧力センサは上述したように構成さ
れ、この圧力センサの製造は、まず、リード（８）と一
体にモールドして外装体（１０）を成形する。その後、
圧力センサチップ（１）をダイボンド材（６）でダイボ
ンドし、ワイヤ（９）で圧力センサチップ（１）とリー
ド（８）とをワイヤボンドして接続した後、保護樹脂（
１４）を圧力センサチップ（１）に塗布し、次いで、デ
ィスク（１１）を外装体（１０）に接着して圧力センサ
を製造していた。このように、圧力センサチップ（１）
はリード（８）と同時にモールドされた外装体（１０）
にダイボンド材（６）により接着されている。そのため
、ワイヤ（９）及び圧力センサチップ（１）は外装体（
１０）と一体となってモールドされておらず、リード（
８）と外装体（１０）のみが一体として製造されている
。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したような圧力セ
ンサでは、アセンブリ後の残留応力を小さくして圧力セ
ンサとしての特性を向上させるためには、構成材料の線
膨張係数が圧力センサチップ（１）の材料であるシリコ
ンにより近いものを選ぶことが最も効果的でる。すなわ
ち、圧力センサの精度は使用する材料の物性で決定され
る。これは、製造時の残留応力が、圧力センサチップの
抵抗体に作用するので、圧力の測定精度にも影響を及ぼ
すためである。
【０００５】従来、圧力センサのオフセットドリフトリ
ニアリティー（オフセット電圧の温度変化直線性）やス
パンドリフトリニアリティー（圧力をかけたときの出力
電圧の直線性）は、ほぼ圧力センサの構造と材料で決ま
り、良好な特性を得るためには、使用材料や構造を変更
しなければならないという問題点があった。例えば、図
１２に示した圧力センサは特性が悪く、限られた分野で
使われる精度しか得られなかった。その理由は、アセン
ブリした時、圧力センサチップ（１）に直接外装体（１
０）がダイボンドされているので、圧力センサチップ（
１）のシリコンの線膨張係数３．５×１０−６（１／℃
）に比較し、外装体（１）例えばエポキシ樹脂の線膨張
係数は３３×１０−６（１／℃）と差が大きく、アセン
ブリ後に発生する残留応力が大きいためである。
【０００６】そこで、精度の良い圧力センサを得るため
には、シリコンチップと同じ材料のシリコン台座や、シ
リコンチップの線膨張係数とほぼ同じ線膨張係数を有す
る例えばパイレックスガラス台座をシリコンチップと一
体に構成し、その台座をリードフレーム又はステムにダ
イボンドする方法により残留応力を低減していた。この
時、台座の厚さが厚ければ厚いほど残留応力を低減する
のには効果があるが、台座が厚いとワイヤボンドする時
圧力センサチップのワイヤボンドパッド部の昇温が困難
になるため、昇温用のヒータ温度を高温にしなければな
らないという問題点があった。従って、ワイヤボンド時
にモールド樹脂の耐熱温度以上に温度を上げて高温でワ
イヤボンドできない欠点があった。そのため、超音波振
動及び圧着力による超音波・圧着ワイヤボンドによりワ
イヤボンドしなければならない。しかし、超音波の振動
強度を大きくする場合には、リードのメッキ厚をある程
度厚くしなければならないという問題点があった。
【０００７】この発明は、このような問題点を解決する
ためになされたもので、アセンブリ時の異種材料の線膨
張係数の差によって生じる圧力センサチップの応力と歪
み（歪みと応力は弾性限界内では直線的に変化する）を
構成部材の中で特に影響の大きい台座の寸法（厚さ）と
外装体の形状を適宜設計することにより、目的とする必
要な精度を持った圧力センサを得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る圧力センサは、圧力センサチップのダイヤフラム表面
及びダイパッド裏面を除き、圧力センサチップ、台座、
リード、ワイヤ及びダイパッドを外装体で一体に封止し
たものである。この発明の請求項２に係る圧力センサは
、圧力センサチップの厚さに対する台座の厚さの比を７
．５以下とするものである。この発明の請求項３に係る
圧力センサは、ダイヤフラム径に対するダイヤフラム表
面の外装体開口径の比を１以上とするものである。
【０００９】
【作用】この発明の請求項１に係る圧力センサにおいて
は、ダイパッドの裏面に外装体を回り込ませていないの
で、熱歪により圧力センサチップに生じる残留応力を自
由に低減することができ、圧力センサの測定精度を向上
させることができる。この発明の請求項２に係る圧力セ
ンサにおいては、台座の厚さを薄くして、圧力センサチ
ップの残留応力をさらに低減し、目的とする精度の圧力
センサを安価に品質良く得ることができる。この発明の
請求項３に係る圧力センサにおいては、ダイヤフラム部
に発生する応力を低減することができる。
【００１０】
【実施例】図１はこの発明の一実施例による圧力センサ
を示す断面図であり、図２はその平面図である。これら
の図において、（１）、（６）、（８）〜（１０）は上
述した従来の圧力センサにおけるものと同一である。圧
力センサチップ（１）にはエッチングにより形成された
ダイヤフラム（２）が設けられており、ダイヤフラム（
２）上にはピエゾ抵抗体（３）が形成されている。圧力
センサチップ（１）は台座（５）に載置され、この台座
（５）はダイボンド材（６）例えばシリコンゴムにより
ダイパッド（７）上に固着されている。なお、ダイパッ
ド（７）は、圧力センサチップ（１）と台座（５）の合
計厚さに応じて、予め下方に曲げて段差を設けるダイパ
ッド沈めを行っておく。ダイパッド（７）を含むリード
フレームは例えば４２−アロイで造られており、リード
フレームのインナーリード、アウターリードは予めメッ
キされている。また、圧力センサチップ（１）上に設け
られたワイヤボンドパッド（４）とリード（８）とは、
ワイヤ（９）により接続されている。
【００１１】上記圧力センサチップ（１）、台座（５）
、ワイヤ（９）、ダイパッド（７）等は、ダイヤフラム
（２）上面及びダイパッド（７）の裏面を除き、外装体
（１０）例えばエポキシ樹脂により一体にモールドされ
ている。この外装体（１０）による一体モールドは、一
般のＩＣ製品の製造フローと同一なフローにより行うこ
とができる。すなわち、従来は一体モールド形でＩＣの
汎用ラインでアセンブリすることは、熱歪により圧力セ
ンサチップ（１）に生じる応力を緩和できないために不
可能であった。しかし、上記の構造により特殊な製造ラ
インではなく、従来の汎用設備と汎用ラインでアセンブ
リを可能としたものである。
【００１２】上述したように構成された圧力センサにお
いて、図３及び図４を参照し、ダイヤフラム寸法（径）
Ｄ０に対するモールド時における外装体（１０）の開口
寸法Ｄ１の比によってダイヤフラムのピエゾ抵抗配置部
に生じる応力がどのように変化するかを説明する。図３
は、開口比Ｄ１／Ｄ０に対する応力の大きさを、Ｄ１／
Ｄ０＝１すなわち開口寸法Ｄ１がダイヤフラム寸法Ｄ０
と等しい時に発生する応力を１（１００％）として示し
たものである。図から明らかなように、開口比Ｄ１／Ｄ
０を１．６にすると、応力を２０％低減することができ
る。このように、この発明では開口比を１以上とするこ
とにより、圧力センサチップ（１）のピエゾ抵抗配置部
に生じる応力を低減できる。
【００１３】次に、図５及び図６は、ダイパッド（７）
の裏面を外装体（１０）で封止しない時の効果、並びに
、圧力センサチップ（１）の厚さＴ１に対する台座（５
）の厚さＴの比とピエゾ抵抗配置部の応力の関係を示し
ている。 なお、図５において、Ｔ／Ｔ１＝７．５の時生じる応力
値を１（１００％）として示し、黒丸は圧力センサチッ
プ（１）にかかる主応力の大きさ、白丸は台座に生じる
主応力の絶対値をそれぞれ示している。これらの図に示
すように、Ｔ／Ｔ１を７．５から１．２５にすると、応
力を１００％から５０％に低減することができる。この
ように、圧力センサチップ（１）の厚さに対する台座（
５）の厚さの比を７．５以下とすることにより、圧力セ
ンサチップ（１）に生じる応力を低減することができる
。さらに、台座（５）が薄いため、ワイヤボンド時の昇
温用ヒータも一般の用いられているＩＣと同様の温度で
ワイヤボンドを行うことができる。
【００１４】また、図５ではダイパッド（７）の裏面に
外装体（１０）は全く設けられていないが、図７に示す
ように、開口寸法Ｄ１と同じ寸法またはそれより大きい
開口となるように外装体（１０）でダイパッド（７）の
裏面端部を覆ってもよい。さらに、圧力センサの裏面の
形状は、図８に示すように左右対称なものや、図９に示
すように対向する各面がそれぞれ対称なものでもよく、
種々な形状が採用できる。
【００１５】図１０は、図１１に示すような外装体（１
０）の厚さＷを変化させた時のピエゾ抵抗配置部の応力
の変化を示す。外装体（１０）側部の厚さを厚くするこ
とにより、ピエゾ抵抗配置部の残留応力を低減できるた
め、所定厚さ以上であれば、台座（５）、ダイパッド（
７）、圧力センサチップ（１）の周囲の樹脂厚を自由に
設計することができる。すなわち、Ｗ＝０．４５ｍｍの
時（黒丸Ｂ）のダイヤフラム部の応力は、Ｗ＝０．３ｍ
ｍ（黒丸Ａ）の時を１（１００％）としてその９３％に
なることを示している。また、黒丸Ｃは、Ｗ＝０．４５
ｍｍの圧力センサに圧力導入管（２０）を設けた時に、
応力が７％増加して１００％になることを示している。 このように、ダイヤフラム部を開口した一体モールド形
圧力センサでは、台座（５）、ダイパッド（７）、圧力
センサチップ（１）の周囲の樹脂厚の影響は少ないため
、圧力導入管（２０）を設けること、またその形状を必
要に応じ変形してもダイヤフラム部に発生する応力を大
きくすることはないため、設計の自由度が高い圧力セン
サが得られる。
【００１６】なお、上述した実施例では、台座（５）を
設けた圧力センサについて説明したが、精度の良い圧力
センサを得る場合には台座付きで構成し、高精度が必要
でない場合には台座を省略したものでもよい。この場合
、上述と同様な一体モールド形で構成でき、一体モール
ド型を変更するだけで、アセンブリフローは同一なもの
で製造することができる。また、ダイボンド材（６）と
してシリコンゴムを使用した場合を示したが、エポキシ
樹脂やハンダ等種々のものが使用できる。
【００１７】
【発明の効果】この発明の請求項１においては、圧力セ
ンサチップのダイヤフラム表面及びダイパッド裏面を除
き、圧力センサチップ、台座、リード、ワイヤ及びダイ
パッドを外装体で一体に封止したので、圧力センサチッ
プに生じる熱応力を所望の値に自由に低減することがで
き、必要な精度の圧力センサを得ることができる。また
、汎用のＩＣ製造工程フローにより圧力センサを製造す
ることができ、安価で高品質な圧力センサを得ることが
できるという効果を奏する。この発明の請求項２に係る
圧力センサにおいては、請求項１によりダイパッドの裏
面に外装体を形成しておらず、圧力センサチップの厚さ
に対する台座の厚さの比を７．５以下と薄くすることが
できるので、ワイヤボンド時の昇温温度を低くすること
ができると共に、、リードフレームのメッキ層への下地
金属の拡散を少なくし、メッキ厚を薄くすることが可能
となるという効果を奏する。この発明の請求項３に係る
圧力センサは、ダイヤフラム径に対するダイヤフラム表
面の外装体開口径の比を１以上としたので、圧力センサ
チップに生ずる応力を低減することができるという効果
を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例による圧力センサを示す断
面図である。
【図２】図１に示した圧力センサの平面図である。
【図３】ダイヤフラム径に対するダイヤフラム表面の外
装体開口径の比とダイヤフラムの応力との関係を示す線
図である。
【図４】図３に示したダイヤフラム径及びダイヤフラム
表面の外装体開口径を示す圧力センサの断面図である。
【図５】圧力センサチップの厚さに対する台座の厚さの
比とダイヤフラムの応力との関係を示す線図である。
【図６】図５に示した圧力センサチップの厚さ及び台座
の厚さを示す圧力センサの断面図である。
【図７】この発明の他の実施例による圧力センサを示す
断面図である。
【図８】この発明のさらに他の実施例による圧力センサ
を示す裏面図である。
【図９】この発明のさらに他の実施例による圧力センサ
を示す裏面図である。
【図１０】外装体の厚さとダイヤフラムの応力との関係
を示す線図である。
【図１１】図１０に示した外装体の厚さを示す圧力セン
サの断面図である。
【図１２】従来の圧力センサを示す断面図である。
【図１３】図１２に示した圧力センサの外装体を示す断
面図である。
【図１４】図１２に示した圧力センサの外装体を示す平
面図である。
【符号の説明】
（１）　　　　圧力センサチップ （２）　　　　ダイヤフラム （３）　　　　ピエゾ抵抗体 （４）　　　　ワイヤボンドパッド （５）　　　　台座 （６）　　　　ダイボンド材 （７）　　　　ダイパッド （８）　　　　リード （９）　　　　ワイヤ （１０）　　外装体 （２０）　　圧力導入管

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　抵抗体が設けられ、ダイヤフラムが形
    成された半導体圧力センサチップと、この半導体圧力セ
    ンサチップを載置する台座と、この台座を搭載するダイ
    パッドと、リードと、このリードと上記半導体圧力セン
    サチップとを電気的に接続するワイヤと、上記半導体圧
    力センサチップのダイヤフラム表面及び上記ダイパッド
    裏面を除き、上記半導体圧力センサチップ、台座、リー
    ド、ワイヤ及びダイパッドを一体に封止する外装体とを
    備えたことを特徴とする半導体圧力センサ。
  2. 【請求項２】　　半導体圧力センサチップの厚さに対す
    る台座の厚さの比を７．５以下とすることを特徴とする
    請求項１記載の半導体圧力センサ。
  3. 【請求項３】　　ダイヤフラム径に対するダイヤフラム
    表面の外装体開口径の比を１以上とすることを特徴とす
    る請求項１記載の半導体圧力センサ。
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