JPS58102123A - 半導体圧力センサ - Google Patents

半導体圧力センサ

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JPS58102123A
JPS58102123A JP56201838A JP20183881A JPS58102123A JP S58102123 A JPS58102123 A JP S58102123A JP 56201838 A JP56201838 A JP 56201838A JP 20183881 A JP20183881 A JP 20183881A JP S58102123 A JPS58102123 A JP S58102123A
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JP
Japan
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glass
solder glass
solder
pedestal
pellet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP56201838A
Other languages
English (en)
Inventor
Shunji Shiromizu
白水 俊次
Shozo Sato
佐藤 正三
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS58102123A publication Critical patent/JPS58102123A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/0061Electrical connection means
    • G01L19/0084Electrical connection means to the outside of the housing
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/14Housings
    • G01L19/147Details about the mounting of the sensor to support or covering means
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484Connecting portions
    • H01L2224/4847Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
    • H01L2224/48472Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond the other connecting portion not on the bonding area also being a wedge bond, i.e. wedge-to-wedge

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】 発明の技術分野 本発明は高性能で実用性の高いダイヤフラム形の半導体
圧力センサに関する。
発明の背景技術 半導体結晶が圧力や応力によって輪を受けると、その抵
抗値が変化することはピエゾ効果として良く知られてい
る。仁のピエゾ効果現象を利用して従来より種々の半導
体圧力センサが開発され、近年では半導体IC技術を利
用してその小形化・高性能化が図られている。
第1図は高精度工業用に開発されている牛導体拡散ダイ
ヤフラム形圧カセンサの構造を示す模式図である。この
センサは、n−81(100)面単結晶からなるlOU
口のベレット1の中央部に、その裏面から約4〜5■φ
径で70μm椙度の厚みに加工した起歪ダイヤフラム2
を設け、このダイヤフラム1の表面に例えばボロン(8
)を短貴状に熱拡散してピエゾ抵抗ゲージ3を設けた構
造を有する。そして、このペレット1は台座4上に固定
されたのちパッケージ5番こマウントされ、その電極リ
ードに金属線6#こよって配線結合される。尚、台座4
の貫通孔に連通してパッケージ5に設けられたパイプ1
は前記ダイヤフラム部へ流体圧力を導入するものである
しかして、帥紀台座4は、外部から、特にパッケージ1
からの歪が前記拡散抵抗歪ゲージ3に伝わるのを肪ぐ歪
迩断材として機能するものであり、このような外部歪を
防ぐ構造によって、同センサでは一30〜85℃なる広
い温度域で02%FBと云う高い性能を得ている。
ところでこのような高精度工業用圧力センサでは、上記
したような特殊なパッケージ構造を採用している為にそ
のコストが非常に高い。またパッケージのみならず、そ
の素子部も折角シリコン材料を用いていながら量産λI
C的技術を活かせないままになっている。また近年では
マイクロコンピュータの普及により半導体圧力センサを
求める要求が多いが、この場合、高性能化よりもむしろ
低価格化が望まれている。
そこで最近では、第2図(&)〜(e)に示す構造の低
コスト型の半導体圧力センサが開発されている。このセ
ンサは、第1図に示す感圧ダイヤフラム1部と台座4部
とを、シリコン拡散プロセスを導入して量産可能にした
ものである。第2図(、)において、4 u[m s 
300μm厚のシリコンペレット11の中央部には、そ
の裏面から2.j、口、40μ溝厚のダイヤフラム12
を形成し、このダイヤフラム12上蕃こ拡散抵抗歪ゲー
ジ(ピエゾ抵抗ゲージ)13を設けたものである。しか
シテ、ペレット11は、シリコンを材料とする台座14
上にガラス16により接着されており、この台座14に
設けられた貫通孔16より両組ダイヤフラム12へ流体
圧力が導入されるようになっている。この台座14は、
先の台座4と同様にペレツ十11上に形成された歪ゲー
ジ13に流体圧力以外の応力等が加わることを防止する
ものであり、できる限り厚くするようにしている。尚、
一般的には貫通孔16の加工技術の制約等によって1w
t〜5mt程度の台座14が用いられている。このよう
な構造の圧力センサは、第2図(b) 、 (c)に示
すように、シリコンウェハ17上にマトリックス状に4
III11口のペレット11を形成し、このシリコンウ
ェハ11に対して貫通孔16を設けたウェハ状の土台1
8をガラス接着層15を介して接合したのち、同図(C
)中央部で示す位置にて個々のペレットに切断して製造
される。この場合、ペレットの拡散工程は従来のバイポ
ーラICとほぼ同一の半導体工程によって違せられ、ま
たダイヤフラムの形成もアルカリ性薬品によるエツチン
グ技術によってなし得る。これによって圧力センサの製
作工程が大幅に改善され、その量産化への大きな前進が
図られた。
このようにして製作された半導体圧力センサ素子を、例
えば第3図に示すようにパッケージ盤体にマウントして
圧力センサが組立てられる。
即ち、中央に圧力導入孔16を備えたシリコン製台座1
4に低融点ガラス15を介してダイヤフラム12を設け
たペレット11を接着固定して一体化された台座14を
、金属製パッケージ盤体21の内側に予じめ圧力導入路
を設けて溶融固着された土台ガラス22の上に低融点ガ
ラス21を介して接着する。従来法ではペレット11と
台座14の接着には例えば膨張係数8.2xto” e
作業温度530℃の東芝製ノ1ンダガラス#503が用
いられ、また台座14と土台ガラス22との接着には例
えば膨張係数5.3 X l O’ 、作業温度460
℃の8電硝子製LB−o t t oが用いられる。又
金属製パッケージ盤体21は盤状のコパールメタルから
成り、例えばコバール製の圧力導入パイプS4を底面開
孔縁にろう付けによりとりつけている。土台ガラス22
にはコバールガラスが用いられる。ペレット11に設け
られたピエゾ抵抗ゲージ13からの電極の取出しは、土
台ガラス21を支持体としてパッケージ底面を貫通して
設けられたコパール製ハーメ千ツクシール端子25の内
側先端にAu 5Iti kl  のボンディングワイ
ヤz6を接続することによって、通常のトランジスタの
ICパッケージ化と同様に行われ得る。
背景技術の問題点 このようにして半導体圧力センサは、シリコンペレット
11と台座14との接着、および台座14のパッケージ
盤体の一部である土台ガラス22との接着からなる2回
の接着工程を経て製作される。このとき、2回目の接着
工程時に、上記ペレットllと台座14との接着を行っ
ている低融点ガラス15が再溶融してその位置ずれを生
じないように、低融点ガラス15の作業温度が低融点ガ
ラス23の作業温度よりも高くなるよう番ご配慮がなさ
れでいる。
然し乍らこのような配慮は、圧力センサの量産に際して
、かえって生産歩留りの低下を招来していることが判明
した。即ち、作業温度の高い低融点ガラス15を用いて
、第2図(bl # (c)に示すようにペレットウェ
ハ11と土台ウェア18とを接着固定し、これを切断す
るときに、低融点ガラス15層lこクラックが生じ易く
、これによってダイヤフラム部の気密性が損われてしま
う。例えばペレット11の切出しは、ダイヤモンドブレ
ードを用いたり、レーザビームを石いて溶融させて行わ
れるが、このとき機械的ショックや熱的ショックが低融
点ガラス15に加わる。これらのショックに対して低融
点ガラス15のクラックの発生を完壁に防ぐことは極め
て困難である。またこのクラックによってペレット11
にアンバランスな歪が生じ、この結乗圧カセンサとして
の零点温度特性が大きく劣化すると云う不具合がある。
このような特性劣化は、素子の製−造段階で見出すこと
ができず、パッケージ盤体2Jにマウントして半導体圧
力センサが完成され、その特性検査試験を行わなければ
発見することができない。この為、いたずらにパッケー
ジ盤体z1の消耗を招き、生産歩留りの低下を招いてい
た。
発明の目的 本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、生産歩留9の向上を図り、且つ
パッケージ盤体の無駄を軽減して量産を可能とする実用
性の高い構造の半導体圧力センサを提供することにある
発明の概要 本発明はダイヤプラム面にピエゾ抵抗ゲージを設けてな
る感圧ペレットを第1のハンダガラスにより台座上に接
着固定し、更にこの台座を第2のハンダガラスを用いて
パッケージ盤体上に接着固定してなる構造の半導体圧力
センサにおいて、前記第1のハンダガラスとして前記第
2のハンダガラスに比して作業温度が低く、且つ非結性
で溶融温度の繰返し印加番こ対して可逆性のあるハンダ
ガラスを用いたことを特徴とするものである。
即ち、従来、第1のハンダガラスとして第2のハンダガ
ラスよりも作業温度の高いものを用いると云う常識から
離れ、逆に作業温度が等しいかあるいは低いものを用い
ると云う全く新規な技術思想に立脚してなされたもので
ある。
発明の効果 このような特徴ある構成とすることによって、ペレット
と台座との接着に用いられた第1のハンダガラスに、そ
のペレット切出し工程においてクラックが発生した場合
であっても、第2のハンダガラスによる土台(台座)と
パッケージ盤体の接着固定時に前記第1のハンダガラス
が再溶融し、これによってクラックの除去および歪の緩
和を図ることが可能となる。また従来懸念されていたペ
レットと台座との位置ずれも殆んど生じることがないこ
とが確i1すれ、ここに不良品発生率の少ない特性の良
好な半導体圧力センサを量産性曳く得ることが可能とな
る。
発明の実施例 以下、本発明の実施例につき説明する。本発明に雇る半
導体圧力センサは前記第2図(a)〜(clおよび第3
図に示す従来のものと同様な製造工程に従って製作され
る。ここで本発明の特徴とするところは、第3図に示さ
れる圧力センサ構造においてペレット11を台座14に
接着固定してなる第亀のハンダガラス15とし・て、例
えば膨張係数5.3 x l O−一作業温度460℃
の8電製ハンダガラスCI1式名L8−011O)を用
いる。また台座14と土台ガラス1zとを接着固定して
なる第2のハンダガラス13として、上記第1のハンダ
ガラス15と同じく8電製ハンダガラスCIt式名L8
−0110)が用いられる。
このように2つの接着工程で用いられる第1および第2
のハンダガラi1s、zsとして同じハンダガラスで、
しかも結晶化せず、繰返し印加される作業温度に対して
可逆性を有するものを用いることによって、従来のクラ
ックやアンバランスな歪等の不具合を効果的に解消する
ことができる。
即ち、ウェハ状冑でペレッに−11と台座14とを接着
してなる第1のハンダガラス15に、そのペレット分−
加工によってクラックや応力歪が生じたとしても、台座
14と土台ガラス22との第2のハンダガラス23によ
る接着工S  *、これによって第1のハンダガラス1
5にも同じ作業温度が加わる。これにより第1のハンダ
ガラス15は再び溶融し、クラックを修復せしめると共
に応力歪を緩和することになる。
つまり第1のハンダガラス15の再溶融同化によってペ
レット11が台座14に対して再び確実に接着固定され
ることになる。
また第1のハンダガラス15の再溶融時に懸念されてい
たペレット11と台座14との位置ずれを招く虞れも殆
んどない。これは第1のノ1ンダガラス15が溶融した
とき、その溶融ガラスの流動性が比較的少なく、またベ
レツ)IIであるシリコンの比重が小さい為、ペレット
11は溶融ガラスの表面張力によって拘束される。この
結果、ペレット11はそのイニシアルの位置から大幅に
移動することがなく、位置ずれの心配がない。
以上のよう番こ本発明によれば、第1のハンダガラスに
生じたクラックや応力歪を効果的に修復することができ
、ペレット11に形成されたピエゾ抵抗ゲージの所期の
*ii@を十分に発揮させることが可能となる。従って
、この修復効果番こより半導体圧力センサの不要品発生
を大幅に軽減することが可能となり、その量産性、tP
iI9の向上を図ることが可能とな9、パッケージ盤体
の無駄な消費も防ぐことができる等その実用的利点は絶
大である。
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではない。実
施例では第1および第2のハンダガラスとして同じもの
を用いたが、第1のハンダガラスとして第2のハンダガ
ラスよプも作業温度の低いものを用いてもよい。この場
合であっても非結晶性で溶融温度の繰返しに対して可逆
性を有するものを用いることは勿論のことである。また
ペレット11の寸法や仕様、パッケージの形態等は圧力
センサに要求される仕様に応じて定めればよいものであ
る。要するに本発明はその要壷を逸脱しない範囲で種々
変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は高精度工業用半導体圧力センサの概略構成を示
す図、第2図(a)〜(clは量童用汎用圧−カセンサ
の構造とその製造工場を示す図、纂3図は本発明に係る
半導体圧力センサの断面構造を示す図である。 11・2ペレツト、12・・・ダイヤフラム、13、・
・ピエゾ抵抗ゲージ、14・・・シリコン台座、15・
・・第1のハンダガラス、21・・・)櫂ツケージ盤体
、22・・・土台ガラス、23・・・第2のノ1ンダガ
ラス。 出願人代理人  弁理士 鉤 江 武 彦矛1図 3Ip3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体基板の中央部に形成された肉薄ダイヤフラム面に
    拡散抵抗層を形成してなる埠圧ペレットと、この感圧ペ
    レットの周辺肉厚部を第1のハンダガラス層を介して接
    着固定してなる台座と、中央部に貫通孔と圧力導入路と
    を設は周辺部に第2のハンダガラス層を介して前記台座
    を接着固定してなるパッケージ盤体とからなり、前記g
    tのハンダガラスとして一紀第2のハンダガラスに比し
    て作業温度が等しいかあるいは低く、且つ非結性で溶融
    温度の繰返しに対して可逆性のあるハンダガラスを用い
    てなることを特徴とする半導体圧力センサ。
JP56201838A 1981-12-15 1981-12-15 半導体圧力センサ Pending JPS58102123A (ja)

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JP56201838A JPS58102123A (ja) 1981-12-15 1981-12-15 半導体圧力センサ

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JP56201838A JPS58102123A (ja) 1981-12-15 1981-12-15 半導体圧力センサ

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0329829A (ja) * 1989-06-27 1991-02-07 Fuji Electric Co Ltd 半導体圧力変換器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0329829A (ja) * 1989-06-27 1991-02-07 Fuji Electric Co Ltd 半導体圧力変換器

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