JPH063211A - 半導体圧力検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、リードを設定したステム部を省略
して簡易化して構成できるようにした半導体圧力検出装
置を提供することを目的とする。 【構成】歪みゲージを備えた半導体圧力センサチップ11
は、このセンサチップ11と線膨脹係数の近似したガラス
材料で構成された第１の台座12に接合される。この第１
の台座12は、例えば４２アロイによって構成した第２の
台座13に接合設定されるもので、この第２の台座13は樹
脂ケース14に接合支持される。樹脂ケース14には圧力導
入口17が形成されるもので、この圧力導入口17は第２の
台座13、第１の台座12に同軸的に形成した開口を介して
圧力センサチップ11の圧力感知部に連通される。樹脂ケ
ース14は、圧力センサチップ11部を密封構造としている
もので、この圧力センサチップ11にボンディングワイヤ
16を介して電気的に接続されるリード15をインサート成
形している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば車載用等とし
て効果的に用いられる半導体圧力検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車載用の半導体圧力検出装置としては、
例えば特開昭６０−７３３２５号公報に示されるよう
に、ハーメチックシールされたリードピンを導出端子と
して有するステムに対して、台座を介して半導体圧力セ
ンサチップを組み付け、これに対してキャップを溶接し
て装着した圧力センサユニットを、樹脂によって構成さ
れたケース内にパッケージするようにした例が多く知ら
れている。その他、特開昭６２−２６６４２９号公報に
示されるように、ハイブリットＩＣタイプのものが知ら
れている。

【０００３】しかし、１チップに集積化して構成した圧
力センサにおいては、キャンパッケージされた圧力セン
サユニットのみを樹脂パッケージ内に組み付けるように
なるものであり、したがってハーメチックシールを有す
るステム部分の製造コストが占める割合が大きくなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、製造コストが大きくなる要
因のステム構造を用いることなく、簡単な構成で且つ充
分な信頼性が得られるようにした、例えば車載用に効果
的に用いられるようにした半導体圧力検出装置を提供し
ようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体圧
力検出装置は、半導体基板によって構成された圧力セン
サチップを、この圧力センサチップの圧力検出部位に連
通する開口を有し、この圧力センサを構成するシリコン
と近似の線膨張係数を有する材料によって構成した第１
の台座に一体的に接合すると共に、この第１の台座に形
成された前記開口と同軸的な開口が形成された第２の台
座に前記第１の台座を接合するもので、この第２の台座
は圧力導入口を有する樹脂ケースに接合設定する。そし
て、前記第２の台座と樹脂ケースとの接合面の最短リー
ク長が、前記第１の台座と第２の台座との接合面の最短
リーク長よりも長く設定されるようにする。

【０００６】

【作用】この様に構成される半導体圧力検出装置によれ
ば、例えば圧力センサチップを第１の台座に接合した状
態でダイシングすることにより、圧力センサが第１の台
座と一体に構成される。この場合、第１の台座は圧力セ
ンサを構成する半導体基板と近似の線膨脹係数を有する
材料によって構成され、しかも極く限られた面積で接合
され、温度変化に対して信頼性の高い接合が得られる。
また、第２の台座は樹脂ケースに対して大きな面積で接
合されるもので、圧力センサ部に対する気密性が確実に
確保される。すなわち、簡単な第１および第２の台座の
接合およびこの第２の台座を樹脂ケースに接合すること
で、従来のステム構造が省略されるものであるばかり
か、機械的強度も含めて充分な信頼性が得られる。

【０００７】

【実施例】以下、図面を参照して半導体基板としてシリ
コン単結晶を用いた場合につき、この発明の一実施例を
説明する。図１は半導体圧力検出装置の断面構造を示し
ているもので、中央部を肉薄にして圧力感知部を形成し
たシリコン基板（サフブストレート）の表面に、拡散抵
抗等によって歪みゲージを形成して構成した半導体圧力
センサチップ11が用いられる。

【０００８】圧力センサチップ11は、ガラス（パイレッ
クス：CORNING #7740 の商標）等によって構成される第
１の台座12に対して、陽極接合等によって接合されてい
る。そして、この第１の台座12は例えば４２アロイ（Ｆ
e ：Ｎi ＝５８％：４２％）等で構成される第２の台座
13に、半田付け等によって接合するもので、この第２の
台座13は樹脂ケース14に対して、エポキシ系接着剤等を
用いて接着する。

【０００９】この様な圧力検出装置を例えば車載用とし
て使用する場合には、樹脂ケース14はガラス繊維入りＰ
ＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の材質によって
構成するもので、この実施例にあってはこの樹脂ケース
14に対して入出力用リード15がインサート成形されてい
る。

【００１０】このリード15と圧力センサチップ11の入出
力用配線とは、ボンディングワイヤ16によって電気的に
接続されている。尚、この図ではリード15およびボンデ
ィングワイヤ16をそれぞれ１本で示しているが、実際に
は入出力信号ラインそれぞれに対応して複数本で構成さ
れる。

【００１１】ここで、第１および第２の台座12および13
には、圧力センサチップ11の圧力感知部に連通する開口
が同軸的に設けられているものであり、また樹脂ケース
14には、第２の台座13の開口に連通するようにして圧力
導入口17が形成されている。そして、この樹脂ケース14
の圧力センサ11さらに台座12、13部の収納部を覆うよう
にして樹脂製の蓋18が、接着剤等を用いて接着されてい
るもので、樹脂ケース14の内部が保護れるようにしてい
る。

【００１２】この様な圧力検出装置において、圧力検出
ユニット部分の気密性が信頼性に関与するものであり、
この気密性の信頼性に関係する最短リーク長についてそ
の概念を定義する。

【００１３】図２の（Ａ）は第１の台座12と第２の台座
13との接合面の平面における位置的な関係を示すもの
で、実線で示される第２の台座13の表面の斜線で示す範
囲に第１の台座12が接合される。この第１の台座12と第
２の台座13との接合面の中央には、圧力導入口17に連通
する開口131 が形成されている。

【００１４】この様な第１の台座12の接合面において、
中央の開口131 から台座12の接合面外周に至る最短の距
離Ｌ1 、Ｌ2 、Ｌ3 、Ｌ4 は一定の距離ＬA となる。こ
の距離Ｌ1 〜Ｌ4 は、図でＬ5 あるいはＬ6 のような無
限に考え得るリーク経路、すなわち空気等の圧力媒体が
漏れる距離のうち最も短いものであるため、実際にリー
ク経路が形成される可能性が高いと考えられる。

【００１５】図２の（Ｂ）で示すように第２の台座13と
樹脂ケース14との接合面においても同様に最短リーク長
が考えられるもので、この接合面の最短リーク経路は、
図２の（Ａ）で示した第１の台座12の接合面のリーク経
路Ｌ1 〜Ｌ4 の延長線上に設定され、このリーク長は例
えばＬB とされる。そして、この実施例で示した圧力検
出装置においては、“ＬA ＜ＬB ”とされるように、第
２の台座13の外径寸法が決定される。

【００１６】また、第１の台座12を構成するガラス材料
の線膨脹係数α1 と、第２の台座13を構成する材料の線
膨脹係数α2 とはできる限り近く、α2 はα1 と樹脂の
線膨脹係数との中間的なものがよいものであり、“１≦
（α2 ／α1 ）＜１０”とされるようにする。すなわ
ち、第２の台座13の線膨脹係数は、第１の台座12の線膨
脹係数と樹脂ケース14の線膨脹係数との中間的なものが
よい。

【００１７】参考としてして、この様な圧力検出装置の
圧力センサ11、第１の台座12、第２の台座13、さらに樹
脂ケース14を構成する材料の線膨脹係数を次の表１に示
す。

【００１８】

【表１】 ここで、この様に構成される圧力検出装置において、圧
力センサチップ11の横方向の寸法が約３mm×３mm程度
で、第１の台座12がパイレックス（商品名）で構成さ
れ、第２の台座13が４２アロイで構成される組み合わせ
では、最短リーク長Ｌo が“ＬA ＞０．８mm”とするこ
とが望ましい。

【００１９】樹脂ケース14の材質は、本質的に外的な設
計要因によって決定されるものであるが、この材質に応
じて最適な接着剤、および第２の台座12との接合面にお
ける最短リーク長ＬB も異なると考えられるものである
が、“２mm≦ＬB ≦５mm”程度が現実的な寸法である。

【００２０】この実施例で示した圧力検出装置にあって
は、物理的な面で改善されるようにしているのは、線膨
脹係数の異なる部材間の接合部における熱応力に対する
信頼性の向上であり、さらに製造コスト的に安価にでき
るようにすることである。

【００２１】このため、この検出装置においては圧力セ
ンサチップ11と第１の台座12とを、ウエハの状態におい
て接合することを前提としている。そして、この接合さ
れた状態でウエハの切断、すなわちダイシングカットを
行うもので、このダイシングカットによって第１の台座
12の横方向寸法が圧力センサチップ11の横方向寸法と同
一となり、他の部材との接合面における最短リーク長
（図２のＬA ）は容易に小さく設定できる。

【００２２】したがって、相互に線膨脹係数が桁違いに
相違すると、その接合部の信頼性が著しく低下される。
このため、第１の台座12をパイレックス（商品名）構成
した場合には、第２の台座13をこの第１の台座12を構成
する材料と線膨脹係数が比較的近い４２アロイで構成す
るようにしている。

【００２３】さらに、この第２の台座13と樹脂ケース14
との接合面において、その最短リーク長ＬB を大きくと
るようにしている。そして、この最短リーク長によって
気密性の信頼性が確実に確保されるようにしている。

【００２４】ここで、この第２の台座13の加工工程とし
ては、材料の切り出しと中央部の開口を貫通形成するプ
レス加工を採用すればよいものであり、さらに必要に応
じてメッキ等の表面処理工程を施す程度で簡単に且つ廉
価に作製できる。従来においては、この部分に入出力用
リードをハーメチックシールにより取り付けたステムが
使用されるものであり、リードは絶縁部材によって接合
する構造であるため、コストアップの要因となってい
た。しかし、この第２の台座13は簡単なプレス加工によ
って製造できるものであり、構造の単純化と共に製造コ
ストの低減に大きな効果を発揮する。

【００２５】上記実施例では、第２の台座13を４２アロ
イによって構成するように説明したが、この第２の台座
13を構成する材料は任意に選択できるもので、例えばモ
リブデン（線膨脹係数４．８×１０^-6℃^-1、２０〜３０
０℃）を用いて構成してもよい。その他、コバール（ま
たはコバーともいう。 Ｆe ：Ｎi ：Ｃo ＝５４％：２
８％：１８％）（線膨脹係数４．８×１０^-6℃^-1、２０
〜１００℃）を用いることができ、またシリコンによっ
てこの第２の台座13を構成するようにしてもよい。

【００２６】さらに第２の台座13として、硼珪酸、アル
ミノ珪酸、ソーダバリウム珪酸、バリウム硼珪酸、およ
びガラスセラミック等のガラス材料を用いることもでき
る。その具体的な例を表２にな示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】

【発明の効果】以上のようにこの発明に係る半導体圧力
検出装置によれば、従来のステム構造を省略して製造コ
スト的に有利にすることができ、且つ気密性においても
充分に信頼性の得られるものとすることができ、例えば
車載用等として効果的に使用できるものとすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る半導体圧力検出装置
を説明する断面構成図。

【図２】（Ａ）は上記実施例における最短リーク長を説
明する図、（Ｂ）同じくこのリーク長部分を説明する断
面図。

【符号の説明】

11…半導体圧力センサチップ、12…第１の台座、13…第
２の台座、14…樹脂ケース、15…リード、17…圧力導入
口。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板によって構成された圧力セン
   サチップと、 この圧力センサチップの圧力検出部位に連通する圧力伝
   達用の開口を有して前記圧力センサチップが一体的に接
   合され、この圧力センサチップを構成する半導体基板と
   近似の線膨張係数を有する材料によって構成した第１の
   台座と、 この第１の台座が接合され、この第１の台座に形成され
   た前記開口と同軸的な開口が形成された第２の台座と、 この第２の台座に形成された前記開口に同軸的にした圧
   力導入口を有し、この第２の台座が接合設定される樹脂
   材料によって構成された樹脂ケースとを具備し、 前記第２の台座と樹脂ケースとの接合面の最短リーク長
   が、前記第１の台座と第２の台座との接合面の最短リー
   ク長よりも長く設定されるようにしたことを特徴とする
   半導体圧力検出装置。
2. 【請求項２】 前記第２の台座を構成する材料の線膨脹
   係数は、前記第１の台座を構成する材料の線膨脹係数
   と、前記樹脂ケースの線膨脹係数との中間的な値に設定
   されるようにした請求項１の半導体圧力検出装置。