JPS60147167A - 静電接合方法及び装置 - Google Patents

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】 り呈よｏｌＪＪｌｔｌｌＦ 本発明は２つのａｌｌ材の接合を電圧印加及び加熱昇温
し静電接合する方法及び装置に関するものである。

４迷ｉＪＬ 従来から部＠間の接合は有機接着剤の樹脂、金属共晶、
ハンダあるいは低融点ガラス等の糊剤を用いて行われて
きた。

しかしながら、これらの糊剤を使用する場合には、この
糊剤に起因する残留歪、クリープ、ヒステリヒス等の悪
影響等に基づく初期接着性能上の欠点及びこの糊剤に基
づく接合部の歪変化、変質、腐蝕、気密性劣化等の接着
信頼性の不安定化といういう欠点があった。

このため、近年においては糊剤によらず２つの部材をじ
かに接合する静電接合が多用されるようになってきた。

第１図には従来の静電接合方法を用い３＋感圧素子と台
座とを静電接合し半導体圧力センサを形成する方法が示
されており、第１部材、すなわも結晶化ガラス、又は非
晶質ガラスからなる圧力センサ台座１０の第１の接合面
１０ａ上に、第２部　、材、すなわちＳｉ感圧素子１２
を載置し、両部材１０．１２の静電接合がその接合面１
０ａ１１２ａにて行われている。

ここにおいて、実施例に示す半導体圧力センサにありて
は、前記圧力センサ台座１０はその中央部に圧力導入孔
１４が設けられゲージ圧用の台座として形成されている
が、この圧力センサ台座１０は圧力導入孔１４を設けず
絶対圧用の台座として形成してもよい。

また、前記第２部材すなわち５ｉＦｓ圧素子１２はその
中央に座ぐり加工が施されて薄肉部のダイヤフラムが形
成されており、このダイヤフラムの一面上に拡散抵抗で
成る４個の歪ゲージが設けられ、図示されないブリッジ
回路が形成されている。

そして、このようにして形成された圧力センサ台座１０
とＳ：感圧素子１２とを静電接合することにより半導体
圧力センサの主要部が形成される。

前記圧力センサ台座１０とＳ１感圧素子１２との接合に
際しては、圧力センサ台座１０の接合面１０ａ及びＳｉ
感圧素子１２の接合面１２ａの双方を予め平滑平面に形
成しておくこことが必要であり、このため、この両面ｉ
ｏａ、ｉ２ａはともにその粗さをＲｇｉａｘ　＝　０．
０５μ−程度に研磨仕上穴れている一重？−穆遮せるｆ
ｆｈセン廿脅秦１０と一所定パッケージマウント座との
接合用に、圧力センサ台座１０の反対側に形成された第
２の接合面１０ｂも前述と同様にして研磨仕上が成され
ている。

そして、このようにして接合面が研磨仕上された。圧力
センサ台座１０とＳ１感圧素子１２との静電接合は、陰
極電極板１６上に第２の接合面１０ｂが当接するよう圧
力センサ台座１０を載置し、その圧力センサ台座１０の
第１の接合面１０ａ上に接合面１２ａが当接するようＳ
ｉ感圧素子１２を載置し、さらに、この３ｉ感圧素子１
２上°に陽極電極板１８を載置する。この状態で、両部
材１０，１２を約４００”　Ｃに加熱昇温し、電１［２
０から両電極板１６．１Ｂに所定の電圧、すなわち通常
的１０００Ｖの直流電圧を印加する。　゛このようにす
ることにより、圧力センザ台座１０と３ｉ感圧素子１２
は約数分で互いにその接合面１０ａ、１２ａにて気密か
つ強固に静電接合されることになる。

そして、このようにし°（静電接合ξれた圧力センサ台
座１０と３ｉ感圧素子１２とを用いて、半導体圧力セン
サを形成する場合には、圧力センサ台座１０の第２の接
合面１０ｂを、たとえばコバールあるいは３ｉからなる
パッケージマウント座に接合することが必要となる。こ
のような接合には有機接着剤、焼成用ペースト、低融点
ガラス、金属共晶あるいはハンダ等を用いることも可能
であるが、前述した理由から糊剤の悪影響を避けるため
、このような圧力センサ台座１０とパッケージマウント
座との接合にも同様にして静電接合を用いることが好ま
しい。

しかし、この種の従来方法においては、圧力センサ台座
１０とＳ：感圧素子１２との静電接合に際して、前述し
たように圧力センサ台座１０の第２の接合面１０ｂを陰
極電極板１６と当接した状態で電圧を印加するため、陽
極電極板１８から陰極電極板１６への接合電流の流れに
起因して圧力センサ台座の第２の接合面１０ｂに数μｍ
の深さあるいは高さに達する窪みあるいは突起物が点在
形成されることが多い。このような第２の接合面１０ｂ
の粗面化は後の工程にて行われる圧力センサ台座１０と
パッケージマウント座との静電接合に際し両部材の接合
が不十分となるという問題を引き起こす。

このため、従来の接合方法においては、圧力センサ台座
１０と３ｉ感圧素子１２との静電接合後、圧力センサ台
座１０のパッケージマウント座への静電接合に先だって
、この粗面化された接合面１０ｂの表面を再研磨しなけ
ればならず、更にこのような形状寸法段階での再研磨は
、周辺ダレにより接合面１０ｂにおける平面度の悪化を
引起し、かならずしも良好な接合が得られないという欠
点があった。

及」！■し飢 本発明は、このような従来の課題に鑑み為されえ。１あ
や、□１□、。、□＜、＝ｓ　’２個の接合面の１つに
第２部材の接合面を静電接合する場合に、第１の部材の
残りの接合面を粗面化することなく両部材の静電接合を
行うことが可能な静電接合方法及び装置を提供すること
にある。

１１熟１に 前記目的を達成するため、本発明の方法は、第１部材に
設けられた少なくても２個の接合面の１つに第２部材の
接合面を加熱及び電圧印加により静電接合する静電接合
方法において、第１部材の残りの接合面の１部を切欠き
電極当接面を形成し、この電極当接面に電極部材を当接
し第１部材に所望の接合電圧を印加する。

また、このような方法を実施するため、本発明の装置は
、互いに接合面にて当接された第１部材及び第２部材か
らなり第１部材の他の接合面にその１部を切欠いて電極
当接面が形成されてなる複数組の接合部材と、前記各接
合部材を第２部材下面側から所定の配置で載置する下部
電極板と、前記下部電極板上方に各組接合部材と対応し
て設けらけれ第１部材の接合面に形成された電極当接面
と当接する複数の上部電極と、前記各組の接合部材を加
熱するヒータと、前記下部電極板と複数個の上部電極板
との間に電圧を印加し得る手段と、を含み、前記ヒータ
を加熱しかつ各電極に所定の接合電圧を印加することに
より、下部電極板上に載置された各組の接合部材を同時
に静電接合する。

実施例 次に本発明の好適な実施例を図面に基づぎ説明する。

なお、前記第１図に示す従来方法及び装置に対応する部
材には同一符号を付しその説明は省略する。

第１実施例 第２図には本発明に係る装置の好適な第１実施例が示さ
れており、実施例の装置は、第３図°社示すような、第
１部材１０と第１部材１０とからなる接合部材１００の
接合装置を複数組含み、同時に複数組の接合部材１００
を静電接合するものである。

実施例の静電接合方法は、基板２２上に４本の支柱２４
が立設されており、この４本の支柱２４により下部電極
板２６がその４隅を固定されている。この下部電極板２
６は、−数組の接合部材１００を所定の配置で載置し、
これに所定の電圧を印加するものであり、実施例におい
てこの下部電極板２６には、各接合部材１００の幅にあ
わせて一定の間隔毎に平行なスリット２８が形成されて
おり、°これら各スリット２８内に絶縁物からなるスペ
ーサ３０が設けうけている。

このようにして、実施例の下部電極板２６は、スペーサ
３０によって格子状に仕切られ、このようにして仕切ら
れた各格子内領域には第３図に示すように接合部材１０
０が載置される。

実施例において、この接合部材１００は、第１図に示す
従来の接合部材と対応す゛るものであり、第１部材は圧
力センサ台座１０からなり、第２部材はＳｉ感圧素子１
２からなる。そして、第３図に示すように、３ｉ感圧素
子１２を下部電極板１６の格子内領域上に載置し、この
Ｓ１感圧素子１２の接合面１２ａ上に圧力センサ台座１
０がその第１の整合面１０ａが当接するように載置され
ている。

そして、このようにして各格子内領域に載置された接合
部材１００は、その上面すなわち、圧力センサ台座１０
の第２の接合面１０ｂ側に上部電極３２が当接され電圧
が印加される。

このようにして、各格子内領域に載置された接合部材１
００は、下部電極板２６の下面に沿って設けられたヒー
タ３４により加熱され、さらに両電極２６．３２に所定
の電圧が印加されることにより、その圧力センサ台座１
０の第１の接合面１０ａと３ｉ感圧素子１−２の接合面
１２ａとが静電接合される。

本発明の静電接合方法の特徴的事項は、第１部材、実施
例においては圧力センサ台座１０のｉ２の接合面１０ｂ
の一部を切欠き電極当接面３６を形成し、第１部材に当
接される一方の電極、実施例においては上部電極３２を
電極当接面３２に当接することにある。

このようにすることにより、第１部材の接合面１０ｂに
電極３２が当接することを避けて、第１部材に所望の接
合電圧を印加することが可能となる。

この結果、本発明によれば、前述したように電極３２．
２６から第１部材、実施例においては圧力センサ台座１
０と、第２部月、実施例においては３ｉ感圧素子１２と
に所定の接合電圧を印加し、これら各部材１０．１２を
その接合面１−Ｏａ。

１２ａにて静電接合した後であっても、第１部材、実施
例においては圧力セン９台座１０の他の接合面１０ｂに
窪み又は突起物が点在形成されることがなく、次の工程
において、この圧力センサ台座１０の接合面に例えばマ
ウント座を静電接合し圧力センサを形成する場合におい
ても、両者の接合を支障なく行うことが可能となる。

実施例において、第１部材、すなわち圧力センサ台座１
０の第２の接合面１０ｂに形成される電極当接面３６は
、第２の接合面１０ｂの中央部を例えば超音波加工ある
いはダイヤモンドドリル等を用い座ぐり加工し、圧力導
入口１４より大きな半径の円形窪み状に形成されている
。

そして、このようにして形成された電極当接面３６と当
接する上部電極３２は、下部電極板２６の各格子内領域
に対応して複数個設けられ、これら各上部電極３２は下
部電極板２６と対向１“るようその上一方に設けられた
電極支持板３８に取り付けられている。

この電極支持板３８は、その４隅に設【プられた挿入孔
３８ａ内に基板２２から立設された４本の支柱４０の上
端をそれぞれ挿入し、下面を支柱４０の段差部４０８に
係止されている。このようにして電極支持板３８は各支
柱４０の上端に前記下部電極板２６と対向するよう支持
固定される。

そして、この電極支持板３８には下部電極板２６の各格
子内領域と正確に対応づる位置に上部電極取付は孔４２
が複数個形成されており、この上部電極取付は孔４２内
に第１部材、実施例においては圧力センサ台座１０の電
極当接面３６と当接するよう上部電極３２が取付は固定
されている。

実施例において、上部電極３２は、先端部が平面でかつ
その途中につば部３２ａを有する棒状に形成され、つば
部３２ａ上方にスプリング４４を巻装しこれを取付は孔
４２の下側から上に向は挿入した状態で上端をストッパ
ー４６により取付は孔４２に抜は止め固定されている。

そして、この上部電極３２は、下部電極板２６の各格子
内領域に載置された接合部材１００の電極当接面３６に
、スプリング４４によって与えられた一定の付勢力をも
って軽く当接している。この上部電極３２の当接圧力は
、上部電極３２を取付ける電極支持板３８の高さ調整に
より適当な値に設定されている。

ここにおいで、上部電極３２の先端は、圧力導入口１４
の径より大きく電極当接面３６の径より小さい寸法に形
成されている。

そして、このようにして電極支持板３８に取付けらけた
各上部電極３２はその上端部がリード線４８により相互
に結線され電＋１１２０のマイナス側端子に接続されて
いる。他方、前記下部電極板２６はリード線５０により
電源２０のプラス側端子に接続されている。

本発明に係る装置は以上の構成からなり次にその作用を
説明する。

まず、下部電極板２６上においてスペーサ３０により仕
切られた各格子内領域に第３図に示すように接合部材１
００を載置し、このようにしで載置された各接合部材１
００の電極当接面３６に上部電極３２を当接する。

そして、図示しない電源からヒータ３４に所定の電圧を
印加することにより下部電極板２６上に載置された各接
合部材１００を所定温度、通常４００℃まで加熱昇温す
る。

そして、これに並行して電源２０から上部電極３２及び
下部電極板２６を介して各結合部材１００に所定の接合
電圧、通常的ｉ　ｏｏｏｖの電圧を印加する。

このようにすることにより、本発明の装置によれば、下
部電極板２６上に載置された複数の接合部材１００の接
合面１０ａ、１２ａを約数分から１０数分で一度に気密
かつ強固に静電接合することができる。

この際、本発明によれば、上部電極３２の圧力センサ台
座１０への当接は、第２の接合面１０ｂを避けた位置、
すなわち電極当接面３６に対して行われるため、圧力セ
ンサ台座１０とＳ１感圧素子１２とを静電接合した後で
あっても、マウント座と接合づる圧力レンサ台座１０の
第２の接合面１ｏｂｋ：ｍみ又は突起物が点在形成され
粗面化されることはない。

従って、本発明によれば、次の工程において、Ｓｉ感圧
素子１２と静電接合された圧力センサ台座１０の第２の
接合面１０ｂを図示しないマウント座に静電接合する場
合においても、両者の接合を支障なく行うことが可能と
なる。

なお、圧力センサ台座１０と３ｉ感圧素子１２とが静電
接合されると、上部電極３２と当接する電極当接面３６
は、電圧印加に起因する窪み、突起が点在形成され粗面
化されるが、この部分はマウント座と何ら当接すること
がないため、圧力センサ台座１０とマウント座との静電
接合に際し何ら支障となることはない。

また、本実施例によれば、圧力センサ台座１０の背が高
く電極間の距離が長くなり電圧を印加しても静電接合が
困難な場合に、電極当接面３６の座ぐりを深くして上部
電極３２の先端当接位置を低く設定することにより、上
部電極３２と下部電極板２６との電極間距離を短くし接
合効率を高めることが可能となる。

第２実施例 第４図には本発明の好適な第２実施例が示されており、
本実施例の特徴的事項は、第１部材、実施例においては
圧力センサ台座１０の第２の接合面１０ｂ周辺を段差状
に切欠き電極当接面３６を形成したことにある。

そして、上部電極３２は、その先端に圧力センサ台座１
０の第２の接合面１０ｂを覆う蓋型部３２ｂが形成され
、この蓋型部３２ｂの周辺は下方に向は略［字状に折曲
され圧力センサ台座１０の電極当接面３６と当接する当
接部３２０が形成されている。　。

以上の構成とすることにより、本実施例によれば、前記
第１実施例の場合と同様にして、圧力センサ台座１０の
第２の接合面１０ｂを粗面化することなく圧力センサ台
座１０と５ｉｌｌＪｌｌＦ素子１２との静電接合を行う
ことが可能となる。

更に、このような第２実施例を第２図に示す装置に適用
することにより、前記第１実施例の場合と同様圧力セン
サ台座１０とＳ１感圧素子１２とからなる複数の接合部
材１００を同時に静電接合することも可能となる。

第３実施例 第５図には本発明の好適な第３実施例が示されており、
本実施例の特徴的事項は、第１部材、実施例においては
圧力センサ台座１０の第２の接合面１０ｂ周辺を傾きが
４５°で面幅が０．２ａｍ程度の面取り加工を施し電極
当接面３６を形成したことにある。

また、実施例の上部・電極３２は、置型部３２ｂに設け
られた当接部３２Ｃ内面が垂直方向に対し約４０°の傾
斜をもたせて形成されている。従って、本実施例におい
ては、上部電極３２の当接部３２（ｊ内面が圧力センサ
台座１０に形成された電極当接面３６の最外部、すなわ
ち第２の接合面１０ｂから最も離れた位置において当接
することとなり、従って本実施例によれば、第２の接合
面１０ｂを粗面化することなく圧力センサ台座１０とＳ
ｉ感圧素子１２との静電接合を行うことが可能となる。

更に、このような１３実施例を第２図に示す装置に適用
することにより、前記第１実施例の場合と同様圧力セン
サ台座１０とＳｉ感圧素子１２とからなる複数の接合部
材１００を同時に静電接合することも可能となる。

なお、駆上説明した第１実施例〜第３実施例はいずれの
場合も圧力センサ台座１０を板又は棒状の素材から角柱
あるいは円柱上に加工形成する段階で行う簡単な加工に
より座ぐり形状、段差形状、あるいは面取り形状をした
電極当接面３６を容易に形成することができる。また素
材、圧力センサ台座１０の形状及び加工方法によって、
前記いずれかの実施例を選択し電極当接１ｉ３６を座ぐ
り形状、段差形状、あるいは面取り形状のいずれにも形
成することができる。

また、前記第２実施例及び＄１３実施例、すなわち電極
当接面３６を段差形状又は面取り形状に形成するものは
、電極当接１ｉ３６を圧力センサ台座１０の第２の接合
面１０ｂの必ずしも周辺全体に形成づる必要はない。た
とえば圧力センサ台座１０が角柱形状している場合にあ
っては、相対する２辺のみ（加ＩｔｊｌＬ電極当接ｌｉ
＋３６を形成すれば足り、このようにすることにより圧
力センサ台座１０に施す加工の一素化を図ることが可能
となる。

また、前記第３実施例においては、圧力センサ台座１０
の第２の接合ｊｉｉ１０６周片に０．２−一幅程度の画
取りを施°ｂてこれを電極当接１ｉ３６とした場合を示
したが、たとえば第３実施例に示すような形状をした上
部電極３２を用いることにより、雨取り加工を施して電
極当接面３６を形成することなく第３実施例と同様な効
果を得ることができる− すなわち、第３実施例において゛、電極当接面３６を形
成することなく、上部筒ｔｉｉ３２の当接部３２Ｇ部内
面を圧力センサ台座１０の第２の接合１ｉ１０ｂ周片に
当接し、この状態で圧力センサ台座１０と３ｉ感圧素子
１２との静電接合を行った場合には、第２の接合−１０
ｂ上には上部電極３２との当接位置すなわちその周辺稜
線上に窪みあるいは突起物が点在形成されるが、このよ
うな窪みあるいは突起物は通常の取扱い中にほとんど脱
落除去され、後の工程における静電接合を開始するまで
にほとんど除去されているため、この第２の接合１１１
０ｂと他の部材、たとえばマウント座との静電接合は実
用上はとんどａｍなく良好に行うことができる。

なお、前記各実施例においては、第１部材として圧力セ
ンサ台座１０を用い、第２部材としてＳｉ感圧素子１２
を用い、これら圧力センサ台座１０とＳｉ感圧素子１２
との静電接合を行う場合を例に取り説明したが、本発明
はこれに限らず、各種部材の静電接合幅広く用いること
が可能である。

また、前記実施例においては、第１部材に２つの接合面
１０ａ、１０ｂが設けられている場合を例に取り説明し
たが本発明は、これに限らず、第１部材に３個以上の複
数の接合面が設けられている場合においても４効である
。

発明の詳細 な説明したように、発明によれば、少なくとも２個の接
合面を有する第１部材の１つの接合面に第２部材の接合
面を静電接合するに際し、この静電接合を第１部材の残
りの接合面を粗面化づることなく行うことが可能となり
、この結果、第１部材の残りの接合面に他の部材を良好
に静電接合することが可能となる。

また、本発明の装置によれば、第１部材と第２部材との
静電接合を同時に複数組に渡って行いその生産性の向上
を図ることも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の静電接合方法及び装置を示す説明図、 第２図は本発明の好適な第１実施例を示す説明図、 第３図は第２図に示す装置の要部を示す説明図、第４図
は本発明の第２実施例を示す説明図。 第５図は本発明の第３実施例を示す説明図である。 １０　・・・　圧力センサ台座、 １０ａ、１０ｂ　・・・　接合面、 １２　・・・　３ｉ感圧素子、 １２ａ　・・・　接合面、 ２６　・・・　下部電極板、 ３２　・・・　上記電極、 ３６　・・・　電極当接面 １００　・・・　接合部材。 代理人　弁理士　古田研二 ？ 第１図 第２図 第　３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）第１部材に設けられた少なくても２個の接合面の
   １つに第２部材の接合面を加熱及び電圧印加により一静
   電接合する静電接合方法において、第１ｆ！ｉＳ材の残
   りの接合面の１部を切欠き電極当接面を形成し、この電
   極当接面に電極部材を当接し第１部材に所望の接合電圧
   を印加することを特徴とする静電接合方法。 （２、特許請求の範囲（１）記載の方法において、第１
   部材は圧力センサ台座からなり、第２部材はＳｉ感圧素
   子からなることを特徴とする静電接合方法。 （３）特許請求の範囲（２）記載の方法においてで、第
   １部材は、ガラス又はセラミックを用いて形成された圧
   力センサ台座からなることを特徴とする静電接合方法。 （４）特許請求の範囲（１）〜（３）のいずれかに記載
   の方法において、電極当接面は第１部材の接合面中央に
   座ぐり形状に形成されたことを特徴とする静電接合方法
   。 （５）特許請求の範囲（１）〜（３）のいずれかに記載
   の方法において、電極当接面は、第１部材の接合面周辺
   に段差形状に形成されたことを特徴とする静電接合方法
   。 （６）特許請求の範囲（１）〜（３）のいずれかに記載
   の方法において、電極当接面、４；Ｊ　、第１部材の接
   合面周辺をテーバ状に切欠いて形成されたことを特徴と
   する静電接合方法。 （７）互いに接合面にて当接された第１部材及び第２部
   材からなり第１部材の他の接合面にそａ′）１部を切欠
   いて電極当接面が形成されてなる複数組の接合部材と、 前記各接合部材を第２部材下面側から所定の配置で載置
   する下部電極板と、 前記下部電極板上方に各組接合部材と対応して設けうけ
   れ第１部材の接合面に形成された電極当接面と当接する
   複数の上部電極と、 前記各組の接合部材を加熱するヒータと、を含み、前記
   ヒータを加熱しかつ各電極に所定の接合電圧を印加する
   ことにより、下部電極板上に載置された各組の接合部材
   を同時に静電接合することを特徴とづる静電接合装置。 （８）特許請求の範囲（７）記載の装置において、各上
   部電極は、絶縁物をもって形成された電極支持板に各接
   合部すの配置に対やして、取付は固定されたことを特徴
   とする静電接合装置。 （９）特許請求の範囲（８）記載の装置において、各上
   部電極は、下部電極板に対し互いに並列接続されてなる
   ことを特徴とする静電接合装置。