JPH0712939U - 半導体圧力変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的簡単な構成で熱応力の発生を防止し、
半導体基板が亀裂、破損等を生じないようにする。 【構成】 半導体基板６を支持体１上にろう材４によっ
て接合固定するに際し、熱膨張係数が半導体基板６の熱
膨張係数と略等しい材料、例えば４２アロイ、コバール
等によって形成されたリング２０をろう材４中に埋設し
て構成した。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は差圧あるいは圧力を検出する半導体圧力変換器、特に半導体基板を金 属製の支持体上にろう材によって接合固定した半導体圧力変換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、この種の半導体圧力変換器としては半導体圧力センサを利用したものが 知られている（例：実開昭５９−１３５６５４号公報等）。図２はこのような半 導体圧力センサを備えた半導体圧力変換器の従来例を示すもので、金属製の支持 体１の上面に突設した凸部２上に半導体圧力センサ３を設置し、ろう材４によっ て接合固定したものである。支持体１はステンレス、コバール等によって形成さ れ、一端が凸部２の上面中央に開口する圧力導入孔５を有している。凸部２はろ う材４の厚みｔ（０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度）を大きくし、半導体センサ３の 接合強度を増大させるために設けられる。

【０００３】 半導体圧力センサ３は、ｎ型単結晶Ｓｉ（シリコン）等からなる半導体基板６ を備えている。この半導体基板６は、裏面中央部にエッチングにより設けられた 凹部７のため厚さ２０μｍ〜５０μｍ程度の薄肉部を形成する部分が円板状の差 圧感圧用ダイヤフラム部８を形成し、このダイヤフラム部８の表面側には不純物 の拡散もしくはイオン打ち込み技術によりピエゾ抵抗領域として作用する４つの ゲージ９が形成されてホイールストーンブリッジを構成している。また、ダイヤ フラム部８の表面にはゲージ部９に電気的に接続されたリードアウト部１０がア ルミニウム等の蒸着によって形成されており、このリードアウト部１０にはリー ド線１１の一端が接続されている。

【０００４】 ろう材４としては半導体基板６の熱膨張係数と略等しい熱膨張係数を有する材 料、例えば４２アロイ、コバール、Ｓｉ−Ａｕ，エポキシ樹脂等が用いられ、凸 部２によって厚みｔを大きくされることにより、支持体１と半導体基板４との接 合強度を増大させると同時にこれらの熱応力を吸収する。

【０００５】 このような構成において、ダイヤフラム部８の表裏面に測定圧力Ｐ1 ，Ｐ2 をそ れぞれ加えると、その変形に伴いゲージ９の比抵抗が変化し、この時の抵抗変化 に伴う出力電圧を検出することで、差圧または圧力を測定することができる。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

上記したように従来の半導体圧力変換器においては、支持体１に凸部２を突設 し、ろう材４の厚みを大きくすることにより、支持体１と半導体センサ３の熱応 力を吸収することが一般に行われている。しかしながら、凸部２の上面と半導体 センサ３との隙間に充填されているろう材４の厚みは薄く、支持体１と半導体基 板６の熱膨張係数の違いにより熱応力が発生すると、凸部２上面と半導体センサ ３との隙間に充填されているろう材４に剪断力が生じ、その結果として半導体基 板６に亀裂が生じ、最悪の場合半導体基板６が破損するという問題があった。

【０００７】 本考案は上記したような従来の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とす るところは、比較的簡単な構成で熱応力の発生を防止し、半導体基板が亀裂、破 損等を生じないようにした半導体圧力変換器を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上記目的を解決するため本考案は、シリコン単結晶からなる半導体基板の一方 の面に凹陥状薄肉部を形成すると共にこの薄肉部にピエゾ抵抗領域として作用す るゲージを形成してなる半導体センサの一方の面の周囲肉厚部を金属製支持体に ろう材により接合固定した半導体圧力変換器において、前記ろう材中に熱膨張係 数が前記半導体基板に近い材料からなるリングを埋設したものである。

【０００９】

【作用】

本考案において、リングは熱膨張係数が半導体基板の熱膨張係数と略等しく熱 応力の発生を防止すると共に、ろう材の高さを稼ぐ。したがって、リングと半導 体基板との間のろう材には剪断力が生じない。

【００１０】

【実施例】

以下、本考案を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明する。 図１は本考案に係る半導体圧力変換器の一実施例を示す断面図である。なお、 図２と同一構成部材のものに対しては同一符号をもって示し、その説明を省略す る。本実施例は半導体基板６を支持体１上にろう材４によって接合固定するに際 し、凸部を形成する代わりに熱膨張係数が半導体基板６の熱膨張係数と略等しい 材料、例えば４２アロイ、コバール等によって形成されたリング２０をろう材４ 中に埋設して構成したものである。リング２０は厚みが０．２ｍｍ程度で、支持 体１と半導体基板６のいずれにも接触しないようろう材４の内部に埋設されてい る。半導体センサ３の接合に際しては固体からなるろう材４を支持体１上に上下 ２段に積層配置し、その間にリング２０を介在させ、上段のろう材上に半導体セ ンサ３を載置し、しかる後ろう材４を加熱溶融して接合固定すればよい。 その他の構成は図２に示した従来構造と同様である。

【００１１】 かくしてこのような構成においては、半導体基板６とリング２０の熱膨張係数 が略等しいため、熱応力の発生を防止することができる。そのため、半導体基板 ６とリング２０間のろう材中に熱応力による剪断応力が発生せず、半導体基板６ の亀裂、破壊、破損等を防止することができる。また、リング２０をろう材４中 に埋設してろう材４の厚みを稼いでいるので、支持体１上に凸部を突設する必要 がなく、支持体１の製作も容易である。

【００１２】

【考案の効果】

以上説明したように本考案に係る半導体圧力変換器は、熱膨張係数が半導体基 板と略等しい材料からなるリングをろう材中に埋設して半導体基板を支持体上に 接合固定したので、熱応力の発生を防止することができる。したがって、熱応力 による剪断応力が発生せず、半導体基板の亀裂、破損等を防止することができ、 変換器の信頼性を向上させることができる。また、リングは支持体上に凸部を突 設した従来構造に比べて、支持体の製作を容易にするなど、その実用的効果は大 である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る半導体圧力変換器の一実施例を示
す断面図である。

【図２】半導体圧力変換器の従来例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 支持体 ２ 凸部 ３ 半導体圧力センサ ４ ろう材 ５ 圧力導入孔 ６ 半導体基板 ７ 凹部 ８ ダイヤフラム部 ９ ゲージ １０ リードアウト部 ２０ リング

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン単結晶からなる半導体基板の一
   方の面に凹陥状薄肉部を形成すると共にこの薄肉部にピ
   エゾ抵抗領域として作用するゲージを形成してなる半導
   体センサの一方の面の周囲肉厚部を金属製の支持体にろ
   う材により接合固定した半導体圧力変換器において、 前記ろう材中に熱膨張係数が前記半導体基板に近い材料
   からなるリングを埋設したことを特徴とする半導体圧力
   変換器。