JPH11304613A - Semiconductor pressure sensor - Google Patents

Semiconductor pressure sensor

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Publication number
JPH11304613A
JPH11304613A JP10515198A JP10515198A JPH11304613A JP H11304613 A JPH11304613 A JP H11304613A JP 10515198 A JP10515198 A JP 10515198A JP 10515198 A JP10515198 A JP 10515198A JP H11304613 A JPH11304613 A JP H11304613A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solder
substrate
support substrate
single crystal
stress
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP10515198A
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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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
Priority to JP10515198A priority Critical patent/JPH11304613A/en
Publication of JPH11304613A publication Critical patent/JPH11304613A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a semiconductor pressure sensor having good temperature characteristics and detecting an accurate pressure. SOLUTION: Bottom face of a supporting substrate 4 being bonded with a die 15 is inclined from one end of the outer circumferential face and the inner side face of the substrate 4 toward the central part of the bottom face and the central part of the lower surface of the substrate 4 is recessed. A thin metal film 6 is not formed in the central part of the substrate 4 and since a solder 5 does not adhere to the substrate 4 at that part, a cavity 7 is formed thereat. Consequently, deformation of the solder 5 due to thermal contraction can be absorbed by the cavity 7.

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を用いた
半導体圧力センサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor pressure sensor using a semiconductor substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、種々の半導体圧力センサが提
供されているが、図4は従来の半導体圧力センサの一例
を示す断面図である。この圧力センサは、被圧力検出流
体の圧力を電気信号に変換するセンサ部としてのシリコ
ン単結晶基板1がパッケ−ジ10内に収納され、上記流
体を導入する圧力導入孔12を具備した略円筒状の圧力
導入管8をパッケ−ジ10に設けたものである。シリコ
ン単結晶基板1には、異方性エッチングによりダイヤフ
ラム2及びこのダイヤフラム2の圧力による歪みを検出
する抵抗素子3(ピエゾ抵抗等)が形成されている。こ
の抵抗素子3はピエゾ抵抗効果により抵抗値が変化する
もので、シリコン単結晶基板1上に複数個形成されてお
り、それらを結線することでホイ−トストンブリッジ回
路を構成している。また、この種の半導体圧力センサに
おいては、ダイヤフラム2を有するシリコン単結晶基板
1と金属薄膜6を有する支持基板4とを陽極接合等によ
り接着させている。この支持基板4はパッケージ10等
からシリコン単結晶基盤1へと及ぼす応力を緩和する働
きをするものである。また、この支持基板4の材料とし
ては、シリコン単結晶基板1と熱膨張係数の近いガラス
やシリコン基板が用いられている。一方、パッケージの
支持部15(以下、パッケージのダイと呼ぶ)の表面に
は、半田5と容易に共晶接合する材料から成るメッキ層
を設け、支持基板4側にも同様に半田と容易に共晶接合
する材料から成る金属薄膜6層を形成することでパッケ
ージのダイ15と半田接合させるのが一般的である。ま
た、パッケ−ジ10にはセンサとしてのシリコン単結晶
基板1からの電気信号を外部に取り出すための複数の端
子9がインサ−ト成形により植設され、これらの端子9
の基端部が金やアルミ等からなるワイヤ11でシリコン
単結晶基板1と接続されている。このように構成された
半導体圧力センサにおいて、外部から圧力導入管8の圧
力導入孔12に液体や気体等の被検出流体が導入される
と、ダイヤフラム2が加圧され、さらにこのダイヤフラ
ム2の表面で抵抗素子3の抵抗値が変化する。この時、
外部から電流等をホイートストンブリッジ回路に供給す
ると抵抗値の変化を電圧の変化として検出する。これに
より圧力導入孔12から伝わる圧力変化を電気的な信号
の変化として検出する。
2. Description of the Related Art Conventionally, various semiconductor pressure sensors have been provided. FIG. 4 is a sectional view showing an example of a conventional semiconductor pressure sensor. In this pressure sensor, a silicon single crystal substrate 1 as a sensor unit for converting the pressure of a fluid to be detected into an electric signal is housed in a package 10, and is provided with a pressure introducing hole 12 for introducing the fluid. A pressure introducing pipe 8 is provided in a package 10. On a silicon single crystal substrate 1, a diaphragm 2 and a resistance element 3 (piezoresistor or the like) for detecting distortion of the diaphragm 2 due to pressure are formed by anisotropic etching. The resistance element 3 changes its resistance value by a piezoresistance effect, and is formed in a plurality on the silicon single crystal substrate 1, and by connecting them, a Wheatstone bridge circuit is formed. In this type of semiconductor pressure sensor, a silicon single crystal substrate 1 having a diaphragm 2 and a support substrate 4 having a metal thin film 6 are bonded by anodic bonding or the like. The support substrate 4 functions to alleviate the stress exerted on the silicon single crystal substrate 1 from the package 10 or the like. As the material of the support substrate 4, glass or a silicon substrate having a thermal expansion coefficient close to that of the silicon single crystal substrate 1 is used. On the other hand, a plating layer made of a material which is easily eutectic-bonded to the solder 5 is provided on the surface of the supporting portion 15 (hereinafter, referred to as a package die) of the package. It is common to form a six-layer metal thin film made of a material to be eutectic-bonded to be solder-bonded to the die 15 of the package. Also, a plurality of terminals 9 for extracting an electric signal from the silicon single crystal substrate 1 as a sensor to the outside are implanted in the package 10 by insert molding.
Is connected to the silicon single crystal substrate 1 by a wire 11 made of gold, aluminum or the like. In the semiconductor pressure sensor configured as described above, when a detection target fluid such as a liquid or a gas is introduced from the outside into the pressure introduction hole 12 of the pressure introduction pipe 8, the diaphragm 2 is pressurized, and the surface of the diaphragm 2 is further pressurized. Changes the resistance value of the resistance element 3. At this time,
When a current or the like is supplied to the Wheatstone bridge circuit from the outside, a change in resistance value is detected as a change in voltage. Thus, a change in pressure transmitted from the pressure introduction hole 12 is detected as a change in an electric signal.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに構成された半導体圧力センサにおいて、製造上パッ
ケ−ジのダイ15と支持基板4とを半田接合するには、
半田の融点より高い温度で接合する必要があり、その温
度は一般的には200℃より高温である。このため、半
導体圧力センサを使用する温度にまで半田5を冷却する
につれて、半田5とシリコン単結晶基板1と接合された
支持基板4との物理的な特性が異なる為に互いに力を及
ぼし合う状態となる。一般的にはシリコン単結晶基板1
やシリコン単結晶基板1と接合された支持基板4よりも
半田5の熱膨張係数の方が大きく、室温レベルにおいて
は半田5がシリコン単結晶基板1や支持基板4よりも収
縮している。これにより、半田5が盛り上がり支持基板
4を下から突き上げるような力を及ぼすため、その力の
一部がシリコン単結晶基板1に作用し、ダイヤグラム2
に形成された抵抗素子3自体を歪ませるという問題があ
った。このことから、検出対象とする被圧力検出流体以
外からの応力を受けた状態でセンサを使用することとな
り、正確な圧力の検出ができなくなる。また、センサの
使用温度が広くなればセンサ特性に歪み(直線性の低
下)を生じさせてしまうといった問題が生じる。
However, in the semiconductor pressure sensor constructed as described above, in order to solder the package die 15 and the support substrate 4 in manufacturing,
It is necessary to join at a temperature higher than the melting point of the solder, which is generally higher than 200 ° C. For this reason, as the solder 5 is cooled to a temperature at which the semiconductor pressure sensor is used, the physical properties of the solder 5 and the supporting substrate 4 joined to the silicon single crystal substrate 1 are different, so that the solder 5 and the supporting substrate 4 exert forces on each other. Becomes Generally, a silicon single crystal substrate 1
The solder 5 has a larger coefficient of thermal expansion than the support substrate 4 bonded to the silicon single crystal substrate 1 and the solder 5, and at room temperature, the solder 5 contracts more than the silicon single crystal substrate 1 and the support substrate 4. As a result, the solder 5 exerts a force that swells and pushes up the support substrate 4 from below, and a part of the force acts on the silicon single crystal substrate 1 and the diagram 2
However, there is a problem that the resistance element 3 itself formed is distorted. For this reason, the sensor is used in a state in which stress is applied from a fluid other than the pressure detection fluid to be detected, and accurate pressure cannot be detected. In addition, if the operating temperature of the sensor is increased, there is a problem that the sensor characteristics may be distorted (reduced linearity).

【0004】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、パッケ−ジのダイと支持基板の半田接合個所
において、熱による応力を逃す手段を設けることによっ
て応力を吸収し、正確な圧力を検出し、温度特性が良好
な半導体圧力センサを提供しようとするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and provides a means for releasing stress due to heat at a solder joint between a package die and a supporting substrate, thereby absorbing the stress and providing an accurate stress. An object of the present invention is to provide a semiconductor pressure sensor that detects pressure and has good temperature characteristics.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、上記
目的を達成するために、一面に不純物の拡散による抵抗
素子を形成し、他面に異方性エッチングによりダイヤフ
ラムを形成したシリコン単結晶基板と、前記ダイヤフラ
ムに連通する貫通孔を有し該シリコン単結晶基板が一面
側に接合された支持基板と、前記支持基板及びシリコン
単結晶基盤が収納されるパッケ−ジとを備え、該パッケ
−ジ内のダイに前記支持基板の他面側を半田接合して成
る半導体圧力センサにおいて、前記ダイと支持基板の半
田接合部の熱による応力を逃す手段を備えたことによ
り、半田の熱収縮による形状変化が生じても、応力を逃
す手段で半田の応力を逃し、支持基板に対して応力を伝
えず正確な圧力の検出することができるとともに、半導
体圧力センサの使用温度を広くしてもセンサ特性に歪み
(直線性の低下)が生じないようにすることができる。
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a silicon monolithic device having a resistance element formed on one surface by diffusion of impurities and a diaphragm formed on the other surface by anisotropic etching. A crystal substrate, a support substrate having a through hole communicating with the diaphragm, and the silicon single crystal substrate joined to one surface side, and a package in which the support substrate and the silicon single crystal substrate are housed. In a semiconductor pressure sensor in which the other surface of the support substrate is solder-bonded to a die in a package, a means for releasing stress caused by heat at a solder joint between the die and the support substrate is provided, so that the heat of the solder is reduced. Even if the shape changes due to shrinkage, the stress of the solder can be released by the stress release means, and accurate pressure can be detected without transmitting the stress to the supporting substrate. Widely in degrees can be made to the strain (decrease in linearity) does not occur even sensor characteristics.

【0006】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、前記応力を逃す手段は、支持基板の半田接合部側の
面の略中央に設けられ、表面に金属薄膜が形成されてい
ない凹所から成ることにより、半田の熱収縮による形状
変化が生じても、この凹所で吸収して、支持基板に対し
て応力を伝えなくすることができ、正確な圧力の検出す
ることができるとともに、半導体圧力センサの使用温度
を広くしてもセンサ特性に歪み(直線性の低下)が生じ
ないようにすることができる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the means for relieving the stress is provided substantially at the center of the surface of the supporting substrate on the side of the solder joint, and has a concave surface on which a metal thin film is not formed. In this way, even if the shape changes due to the thermal shrinkage of the solder, it can be absorbed in these recesses, and the stress can be prevented from being transmitted to the supporting substrate, and the accurate pressure can be detected. Further, even if the operating temperature of the semiconductor pressure sensor is widened, it is possible to prevent the sensor characteristics from being distorted (reduced linearity).

【0007】請求項3の発明は、請求項1の発明におい
て、前記応力を逃す手段は、支持基板の半田接合部側の
面に設けられ、表面に金属薄膜が形成されない複数の凹
部から成ることにより、半田の熱収縮による形状変化が
生じても、この凹部で半田の応力を支持基板に伝えなく
することができ、正確な圧力の検出することができると
ともに、半導体圧力センサの使用温度を広くしてもセン
サ特性に歪み(直線性の低下)が生じないようにするこ
とができる。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the means for relieving the stress is provided on a surface of the support substrate on the solder joint side, and comprises a plurality of recesses on which a metal thin film is not formed. Therefore, even if the shape changes due to the thermal shrinkage of the solder, the stress of the solder can be prevented from being transmitted to the supporting substrate in the concave portion, so that accurate pressure can be detected and the operating temperature of the semiconductor pressure sensor can be broadened. Even in this case, it is possible to prevent distortion (reduction in linearity) from occurring in the sensor characteristics.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】(実施形態1)図1は本発明の実
施形態1を示す断面図である。なお、本実施形態におけ
る基本構成は、従来例とほぼ共通するので共通する部分
については同一の符号を付して説明を省略し、本実施形
態の特徴となる部分についてのみ説明する。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view showing Embodiment 1 of the present invention. The basic configuration of the present embodiment is almost the same as that of the conventional example. Therefore, the same reference numerals are given to the common portions, and the description thereof will be omitted.

【0009】すなわち本実施形態は、支持基板4とパッ
ケージのダイ15の半田接合部に生じる応力を吸収する
ための手段をパッケ−ジ10内の支持基板4に設けたこ
とに特徴がある。
That is, the present embodiment is characterized in that means for absorbing the stress generated at the solder joint between the support substrate 4 and the die 15 of the package is provided on the support substrate 4 in the package 10.

【0010】この応力吸収手段は、図1において、支持
基板4のダイ15と接合される底面に、支持基板4の外
周面の一端及び内側面の一端から上記底面の略中央付近
に向かって傾斜する凹所の中央付近以外に金属薄膜6を
形成して成る。すなわち、凹所の中央部では金属薄膜6
が形成されていないため、支持基板4と半田5が接着せ
ずに空洞7が形成される。これにより、半田5が熱収縮
により形状変化してもこの空洞7に半田5の形状変化部
分を吸収することができる構造となっている。
In FIG. 1, the stress absorbing means is inclined from the one end of the outer peripheral surface and one end of the inner surface of the support substrate 4 to the vicinity of substantially the center of the bottom surface. The metal thin film 6 is formed except for the vicinity of the center of the recess. That is, the metal thin film 6 is formed at the center of the recess.
Is not formed, the cavity 7 is formed without the support substrate 4 and the solder 5 being bonded. Accordingly, even when the shape of the solder 5 changes due to thermal contraction, the cavity 7 can absorb the shape-changed portion of the solder 5.

【0011】一方、この金属薄膜6の下面には半田5に
よりパッケ−ジのダイ15が接合されている。この半田
接合部において、容易に半田接合しやすい構造として、
例えば半田5としてAu−Si半田を用いる場合には金属薄
膜6の材料としてAuが用いられる。また、パッケ−ジ1
0の圧力導入管8につながるパッケ−ジのダイ15上に
もAuメッキが施されている。なお、シリコン単結晶基板
1の台座をなす支持基板4との密着性の問題もあり、一
般的には複数の金属膜を形成して、支持基板4と半田5
が剥離しないような工夫がされている場合もある。
On the other hand, a package die 15 is joined to the lower surface of the metal thin film 6 by solder 5. In this solder joint, as a structure that is easy to solder joint,
For example, when using Au—Si solder as the solder 5, Au is used as the material of the metal thin film 6. In addition, package 1
Au plating is also applied to the package die 15 connected to the pressure introduction pipe 8 of zero. In addition, there is a problem of adhesion between the silicon single crystal substrate 1 and the supporting substrate 4 serving as a pedestal. Generally, a plurality of metal films are formed and the supporting substrate 4 and the solder 5
In some cases, the device is devised so as not to peel off.

【0012】ここで、シリコン単結晶基板1と接合され
た支持基板4とパッケ−ジのダイ15を半田接合するに
は、半田5の融点より高い温度で半田5を溶かし、支持
基板4とパッケ−ジのダイ15を接合する。この時、半
田5の融点は200℃を超える高温であるため、半田5
とパッケ−ジ10と支持基板4は互いに応力を及ばさ
ず、シリコン単結晶基板1に歪みが生じない。やがて、
半田5は室温レベルにまで冷却され支持基板4とパッケ
−ジのダイ15を接合するが、半田5の熱膨張係数はシ
リコン単結晶基板1と接続された支持基板4よりも大き
いため、室温レベルにおいては、半田5が熱収縮し、こ
のため半田5の支持基板4側の表面が盛り上がる。この
時、図2に示すように、シリコン単結晶基板1と接合す
る支持基板4は上述したように応力を逃がす手段として
空洞7が設けられているために、熱収縮による半田5の
形状変化部分は空洞7に吸収される。
Here, in order to solder-bond the support substrate 4 bonded to the silicon single crystal substrate 1 to the package die 15, the solder 5 is melted at a temperature higher than the melting point of the solder 5, and the support substrate 4 and the package are bonded together. -Join the die 15 of the die. At this time, since the melting point of the solder 5 is a high temperature exceeding 200 ° C.,
, The package 10 and the support substrate 4 do not exert any stress on each other, so that no distortion occurs in the silicon single crystal substrate 1. Eventually,
The solder 5 is cooled down to the room temperature level and joins the support substrate 4 and the package die 15. Since the thermal expansion coefficient of the solder 5 is larger than that of the support substrate 4 connected to the silicon single crystal substrate 1, the solder 5 is at room temperature level. In the above, the solder 5 thermally shrinks, so that the surface of the solder 5 on the support substrate 4 side rises. At this time, as shown in FIG. 2, the support substrate 4 joined to the silicon single crystal substrate 1 is provided with the cavity 7 as a means for releasing the stress as described above. Is absorbed in the cavity 7.

【0013】この結果、半田5が支持基板4を持ち上げ
るような動作を防止し、さらに支持基板4と接合された
シリコン支持基板1の表面に形成された抵抗素子3が応
力を受けない。このため、この抵抗素子3が歪められる
こともなく、検出対象とする圧力媒体以外からの応力を
受けない状態でセンサを使用することとなり正確な圧力
の検出ができるとともに、圧力半導体センサの使用温度
を広くしてもセンサ特性に歪み(直線性の低下)が生じ
ることをなくすることができる。また、半田5の応力を
逃す手段として支持基板4に凹所を設けているだけなの
で、製造が容易である。 (実施形態2)図3は本発明の実施形態2の断面図であ
る。本実施形態では支持基板4のダイ15と接合される
底面に、複数の凹部14が設けられている。さらに、こ
の部分には金属薄膜6が形成されておらず支持基板4の
凹部14と半田5との間に空間が設けられている。
As a result, the operation in which the solder 5 lifts the support substrate 4 is prevented, and the resistance element 3 formed on the surface of the silicon support substrate 1 joined to the support substrate 4 is not subjected to stress. Therefore, the resistance element 3 is not distorted, and the sensor is used in a state where it is not subjected to a stress other than the pressure medium to be detected, so that accurate pressure can be detected and the operating temperature of the pressure semiconductor sensor can be detected. Can be prevented from causing a distortion (decrease in linearity) in the sensor characteristics even if the distance is increased. Further, since only a recess is provided in the support substrate 4 as a means for releasing the stress of the solder 5, the manufacturing is easy. (Embodiment 2) FIG. 3 is a sectional view of Embodiment 2 of the present invention. In the present embodiment, a plurality of recesses 14 are provided on the bottom surface of the support substrate 4 that is bonded to the die 15. Furthermore, the metal thin film 6 is not formed in this portion, and a space is provided between the concave portion 14 of the support substrate 4 and the solder 5.

【0014】ここで、支持基板4とパッケージ10のダ
イ15を半田接合すると、半田5は上述のように室温レ
ベルで熱収縮するが、半田5の熱収縮により盛り上がっ
た部分は支持基板4の表面に設けられた凹部14に埋め
られることになる。このために、シリコン単結晶基板1
に接合された支持基板4に応力がかからず、シリコン単
結晶基板1表面に拡散により形成された抵抗素子3が歪
められることもない。
Here, when the support substrate 4 and the die 15 of the package 10 are joined by soldering, the solder 5 thermally contracts at the room temperature level as described above. Is filled in the recessed portion 14 provided in the recess. For this purpose, the silicon single crystal substrate 1
No stress is applied to the supporting substrate 4 bonded to the substrate 1, and the resistance element 3 formed by diffusion on the surface of the silicon single crystal substrate 1 is not distorted.

【0015】この結果、実施形態1と同様に、検出対象
とする圧力媒体以外からの応力を受けない状態でセンサ
を使用することができ、正確な圧力の検出ができるとと
もに、圧力半導体センサの使用温度を広くしてもセンサ
特性に歪み(直線性の低下)が生じることをなくするこ
とができる。
As a result, as in the first embodiment, the sensor can be used in a state where it is not subjected to stress from a pressure medium other than the pressure medium to be detected, so that accurate pressure can be detected and the pressure semiconductor sensor can be used. Even if the temperature is widened, it is possible to prevent the sensor characteristics from being distorted (reduced linearity).

【0016】[0016]

【発明の効果】請求項1の発明は、一面に不純物の拡散
による抵抗素子を形成し、他面に異方性エッチングによ
りダイヤフラムを形成したシリコン単結晶基板と、前記
ダイヤフラムに連通する貫通孔を有し該シリコン単結晶
基板が一面側に接合された支持基板と、前記支持基板及
びシリコン単結晶基盤が収納されるパッケ−ジとを備
え、該パッケ−ジ内のダイに前記支持基板の他面側を半
田接合して成る半導体圧力センサにおいて、前記ダイと
支持基板の半田接合部の熱による応力を逃す手段を備え
たことにより、半田の熱収縮による形状変化が生じて
も、応力を逃す手段で半田の応力を逃し、支持基板に対
して応力を伝えず正確な圧力の検出することができると
ともに、半導体圧力センサの使用温度を広くしてもセン
サ特性に歪み(直線性の低下)が生じないようにするこ
とができるという効果がある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a silicon single crystal substrate having a resistance element formed on one surface by diffusion of impurities and a diaphragm formed on the other surface by anisotropic etching, and a through hole communicating with the diaphragm. A support substrate having the silicon single crystal substrate bonded to one surface thereof; and a package in which the support substrate and the silicon single crystal substrate are housed. In a semiconductor pressure sensor having a surface side joined by solder, by providing a means for releasing stress caused by heat at a solder joint portion between the die and the support substrate, the stress is released even if a shape change occurs due to thermal contraction of solder. Means to release the stress of the solder and accurately detect the pressure without transmitting the stress to the supporting substrate. Also, even if the operating temperature of the semiconductor pressure sensor is widened, the sensor characteristics will be distorted (linearity). There is an effect that it is possible to make reduced) does not occur.

【0017】請求項2の発明は、前記応力を逃す手段
は、支持基板の半田接合部側の面の略中央に設けられ、
表面に金属薄膜が形成されていない凹所から成ることに
より、半田の熱収縮による形状変化が生じても、この凹
所で吸収して、支持基板に対して応力を伝えなくするこ
とができ、正確な圧力の検出することができるととも
に、半導体圧力センサの使用温度を広くしてもセンサ特
性に歪み(直線性の低下)が生じないようにすることが
できるという効果がある。
According to a second aspect of the present invention, the means for releasing the stress is provided substantially at the center of the surface of the support substrate on the solder joint side,
Due to the concave portion where the metal thin film is not formed on the surface, even if the shape changes due to the thermal shrinkage of the solder, it can be absorbed by this concave portion and the stress can not be transmitted to the supporting substrate, It is possible to detect the pressure accurately and to prevent the sensor characteristics from being distorted (reduced linearity) even when the operating temperature of the semiconductor pressure sensor is increased.

【0018】請求項3の発明は、前記応力を逃す手段
は、支持基板の半田接合部側の面に設けられ、表面に金
属薄膜が形成されない複数の凹部から成ることにより、
半田の熱収縮による形状変化が生じても、この凹部で半
田の応力を支持基板に伝えなくすることができ、正確な
圧力の検出することができるとともに、半導体圧力セン
サの使用温度を広くしてもセンサ特性に歪み(直線性の
低下)が生じないようにすることができるという効果が
ある。
According to a third aspect of the present invention, the means for releasing the stress comprises a plurality of recesses provided on the surface of the support substrate on the side of the solder joints and on which no metal thin film is formed.
Even if the shape changes due to the thermal shrinkage of the solder, it is possible to prevent the stress of the solder from being transmitted to the supporting substrate in this concave portion, and it is possible to accurately detect the pressure and widen the operating temperature of the semiconductor pressure sensor. This also has the effect that distortion (reduction in linearity) does not occur in the sensor characteristics.

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

【図1】本発明の実施形態1の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of Embodiment 1 of the present invention.

【図2】同上の半田が熱収縮した時の断面図である。FIG. 2 is a sectional view when the solder is thermally contracted.

【図3】本発明の実施形態2の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of Embodiment 2 of the present invention.

【図4】従来例の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン単結晶基板 2 ダイヤフラム 3 抵抗素子 4 支持基板 5 半田 6 金属薄膜 7 空洞 10 パッケージ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon single crystal substrate 2 Diaphragm 3 Resistance element 4 Support substrate 5 Solder 6 Metal thin film 7 Cavity 10 Package

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【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成10年7月21日[Submission date] July 21, 1998

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項1[Correction target item name] Claim 1

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0002[Correction target item name] 0002

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、種々の半導体圧力センサが提
供されているが、図4は従来の半導体圧力センサの一例
を示す断面図である。この圧力センサは、被圧力検出流
体の圧力を電気信号に変換するセンサ部としてのシリコ
ン単結晶基板1がパッケ−ジ10内に収納され、上記流
体を導入する圧力導入孔12を具備した略円筒状の圧力
導入管8をパッケ−ジ10に設けたものである。シリコ
ン単結晶基板1には、異方性エッチングによりダイヤフ
ラム2及びこのダイヤフラム2の圧力による歪みを検出
する抵抗素子3(ピエゾ抵抗等)が形成されている。こ
の抵抗素子3はピエゾ抵抗効果により抵抗値が変化する
もので、シリコン単結晶基板1上に複数個形成されてお
り、それらを結線することでホイ−トストンブリッジ回
路を構成している。また、この種の半導体圧力センサに
おいては、ダイヤフラム2を有するシリコン単結晶基板
1と金属薄膜6を有する支持基板4とを陽極接合等によ
り接着させている。この支持基板4はパッケージ10等
からシリコン単結晶基1へと及ぼす応力を緩和する働
きをするものである。また、この支持基板4の材料とし
ては、シリコン単結晶基板1と熱膨張係数の近いガラス
やシリコン基板が用いられている。一方、パッケージの
支持部15(以下、パッケージのダイと呼ぶ)の表面に
は、半田5と容易に共晶接合する材料から成るメッキ層
を設け、支持基板4側にも同様に半田と容易に共晶接合
する材料から成る金属薄膜6層を形成することでパッケ
ージのダイ15と半田接合させるのが一般的である。ま
た、パッケ−ジ10にはセンサとしてのシリコン単結晶
基板1からの電気信号を外部に取り出すための複数の端
子9がインサ−ト成形により植設され、これらの端子9
の基端部が金やアルミ等からなるワイヤ11でシリコン
単結晶基板1と接続されている このように構成された半導体圧力センサにおいて、外部
から圧力導入管8の圧力導入孔12に液体や気体等の被
検出流体が導入されると、ダイヤフラム2が加圧され、
さらにこのダイヤフラム2の表面で抵抗素子3の抵抗値
が変化する。この時、外部から電流等をホイートストン
ブリッジ回路に供給すると抵抗値の変化を電圧の変化と
して検出する。これにより圧力導入孔12から伝わる圧
力変化を電気的な信号の変化として検出する。
2. Description of the Related Art Conventionally, various semiconductor pressure sensors have been provided. FIG. 4 is a sectional view showing an example of a conventional semiconductor pressure sensor. In this pressure sensor, a silicon single crystal substrate 1 as a sensor unit for converting the pressure of a fluid to be detected into an electric signal is housed in a package 10, and is provided with a pressure introducing hole 12 for introducing the fluid. A pressure introducing pipe 8 is provided in a package 10. On a silicon single crystal substrate 1, a diaphragm 2 and a resistance element 3 (piezoresistor or the like) for detecting distortion of the diaphragm 2 due to pressure are formed by anisotropic etching. The resistance element 3 changes its resistance value by a piezoresistance effect, and is formed in a plurality on the silicon single crystal substrate 1, and by connecting them, a Wheatstone bridge circuit is formed. In this type of semiconductor pressure sensor, a silicon single crystal substrate 1 having a diaphragm 2 and a support substrate 4 having a metal thin film 6 are bonded by anodic bonding or the like. The supporting substrate 4 is to serve to relax the stress exerted from the package 10 or the like to the silicon single crystal base plate 1. As the material of the support substrate 4, glass or a silicon substrate having a thermal expansion coefficient close to that of the silicon single crystal substrate 1 is used. On the other hand, a plating layer made of a material which is easily eutectic-bonded to the solder 5 is provided on the surface of the supporting portion 15 (hereinafter, referred to as a package die) of the package. It is common to form a six-layer metal thin film made of a material to be eutectic-bonded to be solder-bonded to the die 15 of the package. Also, a plurality of terminals 9 for extracting an electric signal from the silicon single crystal substrate 1 as a sensor to the outside are implanted in the package 10 by insert molding.
Is connected to the silicon single crystal substrate 1 by a wire 11 made of gold, aluminum, or the like. In the semiconductor pressure sensor thus configured, a liquid or gas is externally supplied to the pressure introduction hole 12 of the pressure introduction pipe 8. When the fluid to be detected is introduced, the diaphragm 2 is pressurized,
Further, the resistance value of the resistance element 3 changes on the surface of the diaphragm 2. At this time, when a current or the like is externally supplied to the Wheatstone bridge circuit, a change in the resistance value is detected as a change in the voltage. Thus, a change in pressure transmitted from the pressure introduction hole 12 is detected as a change in an electric signal.

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0004[Correction target item name] 0004

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0004】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、パッケ−ジのダイと支持基板の半田接合個所
において、半田の熱収縮により発生する応力を逃す手段
を設けることによって応力を吸収し、正確な圧力を検出
し、温度特性が良好な半導体圧力センサを提供しようと
するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has a means for releasing a stress generated by thermal shrinkage of solder at a solder joint between a die of a package and a supporting substrate. An object of the present invention is to provide a semiconductor pressure sensor that absorbs, detects an accurate pressure, and has good temperature characteristics.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0005[Correction target item name] 0005

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、上記
目的を達成するために、一面に不純物の拡散による抵抗
素子を形成し、他面に異方性エッチングによりダイヤフ
ラムを形成したシリコン単結晶基板と、前記ダイヤフラ
ムに連通する貫通孔を有し該シリコン単結晶基板が一面
側に接合された支持基板と、前記支持基板及びシリコン
単結晶基盤が収納されるパッケ−ジとを備え、該パッケ
−ジ内のダイに前記支持基板の他面側を半田接合して成
る半導体圧力センサにおいて、前記ダイと支持基板を接
合する半田の熱収縮により発生する応力を逃す手段を備
えたことにより、半田の熱収縮による形状変化が生じて
も、応力を逃す手段で応力を逃し、支持基板に対して応
力を伝えず正確な圧力の検出することができるととも
に、半導体圧力センサの使用温度を広くしてもセンサ特
性に歪み(直線性の低下)が生じないようにすることが
できる。
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a silicon monolithic device having a resistance element formed on one surface by diffusion of impurities and a diaphragm formed on the other surface by anisotropic etching. A crystal substrate, a support substrate having a through hole communicating with the diaphragm, and the silicon single crystal substrate joined to one surface side, and a package in which the support substrate and the silicon single crystal substrate are housed. In a semiconductor pressure sensor in which the other surface of the support substrate is soldered to a die in a package, the die and the support substrate are connected.
Equipped with a means to release the stress generated by the thermal shrinkage of the combined solder.Even if the shape changes due to the thermal shrinkage of the solder, the stress is released by the means to release the stress. Pressure can be detected, and even if the operating temperature of the semiconductor pressure sensor is increased, distortion (decrease in linearity) does not occur in the sensor characteristics.

【手続補正5】[Procedure amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0009[Correction target item name] 0009

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0009】すなわち本実施形態は、支持基板4とパッ
ケージのダイ15の半田接合部で半田の熱収縮により発
生する応力を吸収するための手段をパッケ−ジ10内の
支持基板4に設けたことに特徴がある。
That is, in this embodiment , the heat is generated by the thermal contraction of the solder at the solder joint between the support substrate 4 and the die 15 of the package.
It is characterized in that provided on the support substrate 4 of the di 10 - means for absorbing raw stress package.

【手続補正6】[Procedure amendment 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0016[Correction target item name] 0016

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0016】[0016]

【発明の効果】請求項1の発明は、一面に不純物の拡散
による抵抗素子を形成し、他面に異方性エッチングによ
りダイヤフラムを形成したシリコン単結晶基板と、前記
ダイヤフラムに連通する貫通孔を有し該シリコン単結晶
基板が一面側に接合された支持基板と、前記支持基板及
びシリコン単結晶基盤が収納されるパッケ−ジとを備
え、該パッケ−ジ内のダイに前記支持基板の他面側を半
田接合して成る半導体圧力センサにおいて、前記ダイと
支持基板を接合する半田の熱収縮により発生する応力を
逃す手段を備えたことにより、半田の熱収縮による形状
変化が生じても、応力を逃す手段で半田の応力を逃し、
支持基板に対して応力を伝えず正確な圧力の検出するこ
とができるとともに、半導体圧力センサの使用温度を広
くしてもセンサ特性に歪み(直線性の低下)が生じない
ようにすることができるという効果がある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a silicon single crystal substrate having a resistance element formed on one surface by diffusion of impurities and a diaphragm formed on the other surface by anisotropic etching, and a through hole communicating with the diaphragm. A support substrate having the silicon single crystal substrate bonded to one surface thereof; and a package in which the support substrate and the silicon single crystal substrate are housed. In a semiconductor pressure sensor in which the surface side is solder-joined, by providing a means for releasing a stress generated by thermal shrinkage of the solder joining the die and the support substrate , even if a shape change due to the heat shrinkage of the solder occurs, Relieve the stress of solder by means of releasing stress,
Accurate pressure can be detected without transmitting stress to the supporting substrate, and even if the operating temperature of the semiconductor pressure sensor is increased, distortion (decrease in linearity) does not occur in the sensor characteristics. This has the effect.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一面に不純物の拡散による抵抗素子を形
成し、他面に異方性エッチングによりダイヤフラムを形
成したシリコン単結晶基板と、前記ダイヤフラムに連通
する貫通孔を有し該シリコン単結晶基板が一面側に接合
された支持基板と、前記支持基板及びシリコン単結晶基
板が収納されるパッケ−ジとを備え、該パッケ−ジ内の
ダイに前記支持基板の金属薄膜が形成された他面側を半
田接合して成る半導体圧力センサにおいて、前記ダイと
支持基板の半田接合部の熱による応力を逃す手段を備え
たことを特徴とする半導体圧力センサ。
1. A silicon single crystal substrate having a resistance element formed by diffusion of impurities on one surface and a diaphragm formed on the other surface by anisotropic etching, and a silicon single crystal substrate having a through hole communicating with the diaphragm. And a package accommodating the support substrate and the silicon single crystal substrate, the other surface having a metal thin film of the support substrate formed on a die in the package. A semiconductor pressure sensor having a solder-joined side and a means for releasing stress caused by heat at a solder joint between the die and the support substrate.
【請求項2】 前記応力を逃す手段は、支持基板の半田
接合部側の面の略中央に設けられ、表面に金属薄膜が形
成されていない凹所から成ることを特徴とする請求項1
記載の半導体圧力センサ。
2. The device according to claim 1, wherein the means for releasing the stress is provided substantially at the center of the surface of the supporting substrate on the side of the solder joint, and comprises a recess having no metal thin film formed on the surface.
A semiconductor pressure sensor according to claim 1.
【請求項3】 前記応力を逃す手段は、支持基板の半田
接合部側の面に設けられ、表面に金属薄膜が形成されな
い一乃至複数の凹部からな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. The device according to claim 1, wherein the means for relieving the stress is provided on a surface of the support substrate on the side of the solder joint, and includes one or a plurality of recesses on which a metal thin film is not formed.
A semiconductor pressure sensor according to claim 1.
JP10515198A 1998-04-15 1998-04-15 Semiconductor pressure sensor Withdrawn JPH11304613A (en)

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ID=14399728

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115628840A (en) * 2022-12-20 2023-01-20 深圳市新凯来技术有限公司 Pressure sensor and electronic equipment

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115628840A (en) * 2022-12-20 2023-01-20 深圳市新凯来技术有限公司 Pressure sensor and electronic equipment

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Effective date: 20050705