JPH10185719A - Semiconductor pressure sensor - Google Patents

Semiconductor pressure sensor

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Publication number
JPH10185719A
JPH10185719A JP34094696A JP34094696A JPH10185719A JP H10185719 A JPH10185719 A JP H10185719A JP 34094696 A JP34094696 A JP 34094696A JP 34094696 A JP34094696 A JP 34094696A JP H10185719 A JPH10185719 A JP H10185719A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pressure
semiconductor
diaphragm
semiconductor element
pressure sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP34094696A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaharu Yasuda
正治 安田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
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Publication of JPH10185719A publication Critical patent/JPH10185719A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor pressure sensor for detecting a small pressure change. SOLUTION: A semiconductor pressure sensor is formed by incorporating a semiconductor element, where piezoresistance is formed on a diaphragm 11, into a package 7 with a pressure introduction hole 71 and detects the change in the piezoresistance according to the distortion of the diaphragm 11 due to a pressure that is introduced from the pressure introduction hole 71. The sensor has two semiconductor elements 1a and 1b and a mounting part 72 on the inner surface of the package 7. The electrode of the semiconductor elements 1a and 1b and an external terminal 4 are connected by performing the face-down bonding of the two semiconductor elements 1a and 1b from both upper and lower directions of the mounting part 72 while the surfaces of their diaphragms 11 face each other and at the same time the semiconductor elements 1a and 1b are adhered and fixed to the mounting part, a pressure from the pressure introduction hole is directly applied to the diaphragm 11 of one semiconductor element 1a, and a pressure is applied to the diaphragm 11 of the other semiconductor element 1b via an air hole 73 that is formed in the mounting part 72.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板にダイ
アフラム構造を形成してなる半導体圧力センサに関する
ものである。
[0001] The present invention relates to a semiconductor pressure sensor having a diaphragm structure formed on a semiconductor substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の半導体圧力センサは、図
4に示すように、シリコン基板の表面側にピエゾ抵抗を
形成し、裏面側を異方性エッチングすることによりダイ
アフラム11を有するダイアフラム構造12を形成して
なる半導体素子1を、圧力導入穴21を有するパッケー
ジ2に固定するとともにワイヤ3をワイヤボンディング
することにより外部端子4と半導体素子1上の電極とを
接続することにより構成される。圧力導入穴21を介し
て導入された圧力によりダイアフラム11が歪み、ダイ
アフラム11の歪みに応じて変化するピエゾ抵抗の抵抗
値を検出することにより、圧力を検出するのである。ピ
エゾ抵抗でホイートストンブリッジを構成しておけば、
ピエゾ抵抗の抵抗値の変化によりホイートストンブリッ
ジのピエゾ抵抗の抵抗バランスが変わることにより、圧
力の変化を出力電圧の変化として検出できる。なお、5
はシリコン樹脂であり、6はパッケージ2の蓋である。
2. Description of the Related Art Conventionally, as shown in FIG. 4, this type of semiconductor pressure sensor has a diaphragm structure having a diaphragm 11 by forming a piezoresistor on the front side of a silicon substrate and anisotropically etching the back side. The semiconductor element 1 formed with 12 is fixed to the package 2 having the pressure introducing hole 21 and the external terminal 4 is connected to the electrode on the semiconductor element 1 by wire bonding the wire 3. . The diaphragm 11 is distorted by the pressure introduced through the pressure introducing hole 21 and the pressure is detected by detecting the resistance value of the piezo resistor which changes according to the distortion of the diaphragm 11. If you configure a Wheatstone bridge with piezo resistance,
A change in pressure can be detected as a change in output voltage by changing the resistance balance of the piezoresistor of the Wheatstone bridge due to a change in the resistance value of the piezoresistor. In addition, 5
Is a silicone resin, and 6 is a lid of the package 2.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような半導体圧力センサにあっては、ダイアフラム構造
12を有する半導体素子1を1つのパッケージ2に1つ
しか組み込んでいないため、ごく小さな圧力変化は検出
できなかった。即ち、誤差レベルの出力電圧の変化しか
伴わない圧力変化については、検出できないという問題
があった。
However, in the above-described semiconductor pressure sensor, since only one semiconductor element 1 having the diaphragm structure 12 is incorporated in one package 2, a very small pressure change is caused. Could not be detected. In other words, there is a problem that a pressure change involving only a change in the output voltage at the error level cannot be detected.

【0004】本発明は、上記の点に鑑みてなしたもので
あり、その目的とするところは、小さな圧力変化の検出
を可能にした半導体圧力センサを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a semiconductor pressure sensor capable of detecting a small pressure change.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の半導体圧
力センサは、半導体基板を異方性エッチングすることに
よりダイアフラムを形成するとともに該ダイアフラムに
ピエゾ抵抗が形成された半導体素子を圧力導入孔を有す
るパッケージに組み込んでなり、前記圧力導入孔から導
入された圧力による前記ダイアフラムの歪みに応じたピ
エゾ抵抗の抵抗値の変化を検出することにより圧力を検
出する半導体圧力センサにおいて、前記半導体素子を2
つ設け、前記パッケージの内周面に取り付け部を突設
し、該取り付け部の上下両方向から前記2つの半導体素
子を互いのダイアフラム面を対向させてフェイスダウン
ボンディングすることにより前記半導体素子の電極と外
部端子とを接続するとともに前記半導体素子を前記取り
付け部に密着固定し、一方の半導体素子のダイアフラム
には前記圧力導入孔からの圧力が直接印加され、他方の
半導体素子のダイアフラムには前記取り付け部に形成さ
れた空気孔を介して圧力が印加されるようにしたことを
特徴とするものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor pressure sensor, wherein a diaphragm is formed by anisotropically etching a semiconductor substrate, and a semiconductor element having a piezoresistor formed in the diaphragm is provided with a pressure introducing hole. A semiconductor pressure sensor that detects a pressure by detecting a change in a resistance value of a piezoresistor in accordance with distortion of the diaphragm due to pressure introduced from the pressure introduction hole.
And a mounting portion protruding from the inner peripheral surface of the package, and the two semiconductor elements are face-down bonded with both diaphragm surfaces facing each other from both upper and lower directions of the mounting section, thereby forming an electrode of the semiconductor element. An external terminal is connected and the semiconductor element is tightly fixed to the mounting portion. Pressure from the pressure introduction hole is directly applied to the diaphragm of one semiconductor element, and the mounting portion is applied to the diaphragm of the other semiconductor element. The pressure is applied through the air holes formed in the fin.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図面に基づき説明する。図1は、本発明の実施の形態
の一例に係る半導体圧力センサの断面状態を示す模式図
である。7は下部に圧力導入孔71を有するプリモール
ドパッケージであり、内周面の略中央部に取り付け部7
2が突設されている。取り付け部72の上面側と下面側
には各々、シリコン基板を異方性エッチングすることに
よりダイアフラム構造が形成されてなる半導体素子1
a、1bがピエゾ抵抗を形成したダイアフラム面を対向
させて密着固定される。半導体素子1a、1bの電極と
外部端子4とはバンプを使用したフェイスダウンボンデ
ィング9により接続される。また、取り付け部72には
空気孔73が形成されており、半導体素子1a、1bの
ダイアフラム構造12の部分は、空気孔73を介して等
しい圧力に保たれるようになっている。従って、圧力導
入孔71から導入される外気の圧力の変化は半導体素子
1a、1bの両方に等しく印加され、両方のダイアフラ
ムを歪ませることができるようになっている。なお、8
はプリモールドパッケージ7の蓋である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional state of a semiconductor pressure sensor according to an example of an embodiment of the present invention. Reference numeral 7 denotes a pre-mold package having a pressure introduction hole 71 at a lower portion, and a mounting portion
2 are protruding. A semiconductor element 1 having a diaphragm structure formed by anisotropically etching a silicon substrate on each of an upper surface side and a lower surface side of the mounting portion 72.
A and 1b are closely fixed with the diaphragm surfaces forming the piezoresistors facing each other. The electrodes of the semiconductor elements 1a and 1b and the external terminals 4 are connected by face-down bonding 9 using bumps. An air hole 73 is formed in the mounting portion 72, and the portions of the diaphragm structure 12 of the semiconductor elements 1 a and 1 b are maintained at the same pressure via the air hole 73. Therefore, a change in the pressure of the outside air introduced from the pressure introducing hole 71 is equally applied to both of the semiconductor elements 1a and 1b, so that both diaphragms can be distorted. In addition, 8
Denotes a lid of the pre-mold package 7.

【0007】半導体素子1a、1bのダイアフラム11
上に形成されるピエゾ抵抗10は、例えば、図2に示す
ように配置され、各ピエゾ抵抗10は図3に示すように
ホイートストンブリッジを構成するように接続される。
半導体素子1a、1bのダイアフラム11が圧力を受け
歪みが生じると、ピエゾ抵抗10の抵抗値が変化し抵抗
のバランスが変化するので、外部端子4を介してA、B
間に微少な電流を流した時のC、D間の電圧の変化をモ
ニターすれば圧力変化が検出できるのである。ここで、
半導体素子1a、1bの出力電圧は直列に接続してお
く。2つの半導体素子1a、1bの出力電圧の和の電圧
変化をモニターすることにより圧力変化の検出を行うの
である。
The diaphragm 11 of the semiconductor elements 1a and 1b
The piezoresistors 10 formed above are arranged, for example, as shown in FIG. 2, and each piezoresistor 10 is connected to form a Wheatstone bridge as shown in FIG.
When the diaphragm 11 of the semiconductor elements 1a and 1b receives pressure and generates distortion, the resistance value of the piezoresistor 10 changes and the resistance balance changes.
The pressure change can be detected by monitoring the change in the voltage between C and D when a very small current flows between them. here,
The output voltages of the semiconductor elements 1a and 1b are connected in series. The pressure change is detected by monitoring the voltage change of the sum of the output voltages of the two semiconductor elements 1a and 1b.

【0008】本実施形態によれば、プリモールドパッケ
ージ7内に2つの半導体素子1a、1bを、バンプを使
用したフェイスダウンボンディング9により外部端子4
との接続をしながら、ダイアフラムの各々に等しい圧力
が印加されるように配置して密着固定しているので、半
導体素子1a、1bの圧力に対応した出力電圧を直列に
接続して出力されるようにしておけば、同じ圧力に対し
て、1つの半導体素子1の場合と比べて2倍の出力が得
られることになり、2倍の感度向上が達成される。従っ
て、小さな圧力変化の検出も行えるようになる。
According to this embodiment, the two semiconductor elements 1a and 1b are connected to the external terminals 4 by face-down bonding 9 using bumps.
And the diaphragms are arranged so that equal pressure is applied to each of the diaphragms and tightly fixed, so that output voltages corresponding to the pressures of the semiconductor elements 1a and 1b are connected in series and output. By doing so, twice the output can be obtained as compared with the case of one semiconductor element 1 for the same pressure, and the sensitivity is doubled. Therefore, a small pressure change can be detected.

【0009】[0009]

【発明の効果】以上のように、請求項1記載の発明によ
れば、半導体基板を異方性エッチングすることによりダ
イアフラムを形成するとともに該ダイアフラムにピエゾ
抵抗が形成された半導体素子を圧力導入孔を有するパッ
ケージに組み込んでなり、前記圧力導入孔から導入され
た圧力による前記ダイアフラムの歪みに応じたピエゾ抵
抗の抵抗値の変化を検出することにより圧力を検出する
半導体圧力センサにおいて、前記半導体素子を2つ設
け、前記パッケージの内周面に取り付け部を突設し、該
取り付け部の上下両方向から前記2つの半導体素子を互
いのダイアフラム面を対向させてフェイスダウンボンデ
ィングすることにより前記半導体素子の電極と外部端子
とを接続するとともに前記半導体素子を前記取り付け部
に密着固定し、一方の半導体素子のダイアフラムには前
記圧力導入孔からの圧力が直接印加され、他方の半導体
素子のダイアフラムには前記取り付け部に形成された空
気孔を介して圧力が印加されるようにしたので、2つの
半導体素子の圧力に対応した出力電圧を直列に接続して
出力されるようにしておけば、同じ圧力に対して、1つ
の半導体素子1の場合と比べて2倍の出力が得られるこ
とになり、小さな圧力変化の検出を可能にした半導体圧
力センサが提供できた。
As described above, according to the first aspect of the present invention, a diaphragm is formed by anisotropically etching a semiconductor substrate, and a semiconductor element having a piezoresistor formed in the diaphragm is connected to a pressure introducing hole. In a semiconductor pressure sensor that is incorporated in a package having, and detects a pressure by detecting a change in the resistance value of a piezoresistor according to the distortion of the diaphragm due to the pressure introduced from the pressure introducing hole, the semiconductor element includes: Two mounting parts are provided on the inner peripheral surface of the package, and the two semiconductor elements are face-down bonded from both the upper and lower sides of the mounting part with their diaphragm surfaces facing each other, thereby forming electrodes of the semiconductor elements. And an external terminal, and the semiconductor element is tightly fixed to the mounting portion. The pressure from the pressure introduction hole is directly applied to the diaphragm of the semiconductor element, and the pressure is applied to the diaphragm of the other semiconductor element via the air hole formed in the mounting portion. If the output voltage corresponding to the pressure of the semiconductor element is connected in series and output, twice the output can be obtained for the same pressure as compared with the case of one semiconductor element 1. Thus, a semiconductor pressure sensor capable of detecting a small pressure change can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係る半導体圧力センサの
断面状態を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross-sectional state of a semiconductor pressure sensor according to one embodiment of the present invention.

【図2】同上に係る半導体素子の上面状態を示す模式図
である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an upper surface state of the semiconductor element according to the above.

【図3】同上に係るホイートストンブリッジを示す回路
図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a Wheatstone bridge according to the above.

【図4】従来例に係る半導体圧力センサの断面状態を示
す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a cross-sectional state of a semiconductor pressure sensor according to a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、1a、1b 半導体素子 2、7 パッケージ 3 ワイヤ 4 外部端子 5 シリコン樹脂 6、8 蓋 9 フェイスダウンボンディング 10 ピエゾ抵抗 11 ダイアフラム 12 ダイアフラム構造 21、71 圧力導入孔 72 取り付け部 73 空気孔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a, 1b Semiconductor element 2, 7 Package 3 Wire 4 External terminal 5 Silicon resin 6, 8 Lid 9 Face down bonding 10 Piezo resistance 11 Diaphragm 12 Diaphragm structure 21, 71 Pressure introduction hole 72 Attachment part 73 Air hole

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板を異方性エッチングすること
によりダイアフラムを形成するとともに該ダイアフラム
にピエゾ抵抗が形成された半導体素子を圧力導入孔を有
するパッケージに組み込んでなり、前記圧力導入孔から
導入された圧力による前記ダイアフラムの歪みに応じた
ピエゾ抵抗の抵抗値の変化を検出することにより圧力を
検出する半導体圧力センサにおいて、前記半導体素子を
2つ設け、前記パッケージの内周面に取り付け部を突設
し、該取り付け部の上下両方向から前記2つの半導体素
子を互いのダイアフラム面を対向させてフェイスダウン
ボンディングすることにより前記半導体素子の電極と外
部端子とを接続するとともに前記半導体素子を前記取り
付け部に密着固定し、一方の半導体素子のダイアフラム
には前記圧力導入孔からの圧力が直接印加され、他方の
半導体素子のダイアフラムには前記取り付け部に形成さ
れた空気孔を介して圧力が印加されるようにしたことを
特徴とする半導体圧力センサ。
1. A semiconductor device having a diaphragm formed by anisotropically etching a semiconductor substrate and having a piezoresistor formed in the diaphragm incorporated in a package having a pressure introducing hole. In a semiconductor pressure sensor for detecting pressure by detecting a change in the resistance value of a piezoresistor in accordance with distortion of the diaphragm due to the applied pressure, two of the semiconductor elements are provided, and a mounting portion protrudes from the inner peripheral surface of the package. And connecting the electrodes of the semiconductor element to external terminals by face-down bonding the two semiconductor elements from both upper and lower directions of the mounting part with their respective diaphragm surfaces facing each other, and attaching the semiconductor element to the mounting part. And the pressure introducing hole is provided in the diaphragm of one of the semiconductor elements. A semiconductor pressure sensor, wherein pressure is applied directly to the diaphragm of the other semiconductor element through an air hole formed in the mounting portion.
JP34094696A 1996-12-20 1996-12-20 Semiconductor pressure sensor Pending JPH10185719A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100437493B1 (en) * 2001-12-12 2004-06-25 주식회사 케이이씨 pressure sensor package
JP2008020433A (en) * 2006-06-13 2008-01-31 Denso Corp Mechanical mass sensor

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A521 Written amendment

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Effective date: 20050331