JPS63298021A - 半導体圧力センサ、及び、その製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体圧力センサ及びその製造方法に関する
ものである。

〔従来の技術〕

この種の圧力センサ、即ち、圧力→電圧変換器は、（ａ
）板状の半導体材料の少なくとも中央部を薄肉に構成す
ると共に、該薄肉部の片面にピエゾ抵抗素子を形成した
半導体チップと、（ｂ）厚肉短管状のガラス製台座と、
（ｃ）上記ガラス製台座の熱膨脹係数と近似した熱膨脹
係数を有し、圧力導入用の透孔を有する金属台座とを重
ね合わせ、（ｄ）上記３つの部材を陽、横接合手段によ
って相互に固着した構造である。

上記の陽極接合手段は昭和４８年に米国特許″アノーデ
ィックボンディングとして公知にされた技術であって、
パイレックスガラスに金属や半導体を接合する場合、高
温で電圧をかけ、ガラス中のＳｉにＳｉＯ２を作らせ、
この５ｉＯｚを接着物質として接合が行われ、この際、
ガラス中の接合面付近にＯ−が、その反対側にＮ’ａ＋
が残留する。

接合加工条件の１例を挙げると、３００℃。

１５００Ｖ、雰囲気ガスＮ２である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来一般に、ガラス製台座の片側に半導体チップを陽極
接合し、次いで他方に金属台座を陽極接合される。上記
の手順を入れ替えて行うことも出来る。

この場合、いずれにしても、後に陽極接合した面の付近
に０−″が残存し、先に陽極接合した面の近傍にＮａｐ
が残存することになる。上記の残存ナトリウムイオン（
Ｎａｐ）が吸湿しやすいので、センサの信頼性、ドリフ
ト等の特性に悪影響を及ぼす。また、片方に電圧を印加
して陽極接合終了後、他方の陽極接合のための部品の洗
浄、セット、昇降温等の作業が必要になるので時間がが
がり非量産的であり、低コスト化に問題がある。

本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので、残存ナト
リウムイオンに因る悪影響を受けず、しかも生産性の良
い半導体圧力センサ、及び、その製造方法を提供するこ
とを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明に係る半導体圧力セ
ンサは、（ａ）板状の半導体材料の少なくとも中央部を
薄肉に構成すると共に、該薄肉部の片面にピエゾ抵抗素
子を形成した半導体チップと、（ｂ）厚肉短管状のガラ
ス製台座と、（Ｃ）上記ガラス製台座の熱膨脹係数と近
似した熱膨脹係数を有し、圧力導入用の透孔を有する金
属台座とを重ね合わせ、（ｄ）上記３つの部材を陽極接
合手段によって相互に固着した半導体圧力センサに適用
され、（ｅ）前記の陽極接合加工によってガラス製台座
の中に発生、残留するナトリウムイオンを、該ガラス製
台座の軸心方向について中央部付近に集合せしめたもの
である。

また１本発明に係る半導体圧力センサを製造方法は、上
記の半導体圧力センサを製造する場合に。

（ｆ）前記ガラス製台座の軸心方向について中央部付近
に陰極を設け、（ｇ）前記半導体チップ及び金属台座の
それぞれを陰極として電圧を印加して陽極接合加工を施
し、（ｈ）上記陽極接合加工によって発生・残留するナ
トリウムイオンを前記の陰極設置個所近傍に集中せしめ
る。

〔作用〕

上記の方法によれば、ガラス製台座の軸心方向（台座の
高さ方向に相当する）について中央部付近に設けた陰極
付近に残存ナトリウムイオンが集中する。即ち半導体チ
ップ接合面や金属台座接合面にナトリウムイオンが残存
しない。

また、前記の半導体圧力センサは、接合面付近にナトリ
ウムイオンが残存していないので、その悪影響を受けな
い。

〔実施例〕

第１図は、本発明の方法によって本発明の半導体圧力セ
ンサを製造した１実施例を説明するための断面図である
。

１は、半導体チップの１例としてのシリコンチップであ
って、中央部を薄肉にしてダイヤフラムとして機能する
部分を設けるとともに、その片面（図において上面）に
ピエゾ抵抗素子を設けである。

２はガラス製の台座で、厚内短筒状に形成するとともに
、軸心方向について中央付近に鉢巻状の導電部３を付着
形成しである。第３図はその横断面図である。

本発明を実施する際、第４図に示すように導電部を円周
方向に分割することも出来る。本例において４分割され
た導電部３ａ〜３ｄは、厚膜印刷により、厚さ数μｍ〜
数百μｍに構成しである。

また、本発明を実施する際、上記の導電部をメッキ手段
で形成することも出来る。

４は金属性の台座である。本例↓こおいてはガラス台座
２と熱膨脹係数を近似せしめるようにＦｅ−Ｎｉ合金で
構成しである。

上述の３個の部材（シリコンチップ１．ガラス台座２．
金属台座４）を同心状に支承するよう、筒状の絶縁治具
５に内嵌して上下に重ね合わせる。

３０は、導電部３と電源の陰極とを接続するために設け
た切欠である。

上記の電源の陽極を、シリコンチップ１および金属台座
４のそれぞれに接続し、温度３００℃。

電圧１５００Ｖで陽極接合を行う。

導電部３付近にはナトリウムイオン（Ｎａｐ）が集合す
る。

一方、シリコンチップ１との接合面、及び金属台座４と
の接合面には酸素イオン（０″″−）が集合する。

このようにして製造されるセンシング部材１０は、ガラ
ス台座２の軸心方向（高さ方向）中央部にナトリウムイ
オンが集中して残留する。従って、このナトリウムイオ
ンが吸湿によって膨潤しても、接合部に応力を及ぼさず
、シリコンチップ１に対する影響は無視できる。

第２図は、上記のようにして構成したセンシング部材１
０を絶対圧センサに組みこんだ状態の断面図である。本
第２図においてガラスシール６でリードピン７を固着し
たベース８にセンシング部材１０がレーザなどの方法に
より溶着されている。

９はシリコンチップ１の拡散によって形成したピエゾ抵
抗素子部とリードピン７とを導通するワイヤである。１
１はセンシング部材１０を覆い、ベース８に固着された
キャップ、１２はキャップ１１内を真空封止するための
金属溶融材（Ｐｂ／Ｓｎ半田など）である。絶対圧セン
サに組込まれる本発明のセンシング部材１０は、第１図
で説明した如く接合界面にナトリウムイオン（Ｎａ十）
が残存しないので温度ドリフト（特に高温高湿の影Ｉ＃
）を受けない。

また、本実施例においてはガラス台座２に対してシリコ
ンチップ１と金属台座４とを同時に陽極接合するので生
産性に優れ、コスト低減に有効である。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明に係る半導体圧力センサは
残存ナトリウムイオンに因る悪影響を受けない。また、
本発明の製造方法によれば上記発明の半導体圧力センサ
を容易に、かつ確実、安全に製造することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の１実施例を模式的に描いた説明図
である。第２図は本発明に係る半導体圧力センサの１実
施例を用いた絶対圧センサの断面図である。 第３図は第１図に示したガラス台座及び導電部の横断面
図、第４図は上記と異なる実施例におけるガラス台座と
導電部との横断面図である。 １・・・半導体チップの１例としてのシリコンチップ、
２・・・ガラス台座、３，３ａ〜３ｄ・・・導電部、４
・・・金属台座、５・・・絶縁治具、６・・・ガラスシ
ール、７・・・リードピン、８・・・ベース、９・・・
ワイヤ、１０・・・センシング部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）板状の半導体材料の少なくとも中央部を薄肉
   に構成すると共に、該薄肉部の片面にピエゾ抵抗素子を
   形成した半導体チップと、（ｂ）厚肉短管状のガラス製
   台座と、（ｃ）上記ガラス製台座の熱膨脹係数と近似し
   た熱膨脹係数を有し、圧力導入用の透孔を有する金属台
   座とを重ね合わせ、（ｄ）上記３つの部材を陽極接合手
   段によつて相互に固着した半導体圧力センサにおいて、
   （ｅ）前記の陽極接合加工によつてガラス製台座の中に
   発生、残留するナトリウムイオンを、該ガラス製台座の
   軸心方向について中央部付近に集合せしめたことを特徴
   とする半導体圧力センサ。 ２、（ａ）板状の半導体材料の少なくとも中央部を薄肉
   に構成すると共に、該薄肉部の片面にピエゾ抵抗素子を
   形成した半導体チップと、（ｂ）厚肉短管状のガラス製
   台座と、（ｃ）上記ガラス製台座の熱膨脹係数と近似し
   た熱膨脹係数を有し、圧力導入用の透孔を有する金属台
   座とを重ね合わせ、（ｄ）上記３つの部材を陽極接合手
   段によつて相互に固着して半導体圧力センサを製造する
   方法において、（ｆ）前記ガラス製台座の軸心方向につ
   いて中央部付近に陰極を設け、（ｇ）前記半導体チップ
   及び金属台座のそれぞれを陰極として電圧を印加して陽
   極接合加工を施し、（ｈ）上記陽極接合加工によつて発
   生・残留するナトリウムイオンを前記の陰極設置個所近
   傍に集中せしめることを特徴とする半導体圧力センサの
   製造方法。