KR950001169B1 - 반도체 압력센서 - Google Patents

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미쓰비시 뎅끼 가부시끼가이샤
시기 모리야
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Abstract

내용없음.

Description

반도체 압력센서
제1도는 이 발명의 한 실시예에 의한 압력센서를 나타낸 단면도.
제2도는 제1도에 나타낸 압력센서의 평면도.
제3도는 다이아프램 지름에 대한 다이아프램 표면의 외장 체열린지름의 비율과 다이아프램의 응력과의 관계를 나타낸 선그림.
제4도는 제3도에 나타낸 다이아프램 지름 및 다이아프램 표면의 외장체 열린지름을 나타낸 압력센서의 단면도.
제5도는 압력센서칩의 두께에 대한 받침대 두께의 비율과 다이아프램의 응력과의 관계를 나타낸 선그림.
제6도는 제5도에 나타낸 압력센서칩의 두께 및 받침대의 두께를 나타낸 압력센서의 단면도.
제7도는 이 발명의 타의 실시예에 의한 압력센서를 나타낸 단면도.
제8도는 이 발명의 다시 다른 실시예에 의한 압력센서를 나타낸 이면도.
제9도는 이 발명의 다시 다른 실시에에 의한 압력센서를 나타낸 이면도.
제10도는 외장체의 두께와 다이아프램의 응력과의 관계를 나타낸 선그림.
제11도는 제10도에 나타낸 외장체의 두께를 나타내는 압력센서의 단면도.
제12도는 종래의 압력센서를 나타낸 단면도.
제13도는 제12도에서 나타낸 압력센서의 외장체를 나타낸 단면도.
제14도는 제12도에 나타낸 압력센서의 외장체를 나타낸 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 압력센서칩 2 : 다이아프램
3 : 피에조저항체 4 : 와이어본드패드
5 : 받침대 6 : 다이본드재
7 : 다이패드 8 : 리이드
9 : 와이어 10 : 외장체
20 : 압력도입관
[산업상의 이용분야]
본 발명은 반도체 압력센서(이하 간단히 압력센서로 한다), 특히 제조시의 잔류응역을 감소시켜 고정도한 압력측정을 할 수가 있는 압력센서에 관한 것이다.
[종래의 기술]
제12도는 예를들면 미국특허 제4,655,088호 명세서에 나타낸 종래의 압력센서를 나타낸 단면도이고, 제13도 및 제14도는 각각 제12도에 나타낸 압력센서의 외장쳉를 나타낸 단면도 및 평면도이다.
이들의 그림에 있어서, 압력센서칩(1)은 일체 몰드라 불리어지는 외장체(10) 예를들면 에폭시수지에 다이본드재(6)에 의해 고착되어 있다. 외장체(10)에는 열림(13)이 형성되어 있고, 사전에 리이드(8)가 설치되어 있다.
압력센서칩(1)의 상부는 보호수지(14)로 덮혀져 있다. 압력센서칩(1)의 상부에는 열린곳(11)이 형성된 방전용의 디스크(12)가 배치되어 있다.
종래의 압력센서는 상술한 것처럼 구성되고, 이 압력센서의 제조는 먼저 리이드(8)와 일체에 몰드하여 외장체(10)를 형성한다.
그후, 압력센서칩(1)을 다이오븐드재(6)로 다이본드하고, 와이어(9)로 압력센서칩(1)과 리드(8)를 와이어본드하여 접속한 후 보호수지(14)를 압력센서칩(1)에 도포하고, 이어서 디스크(11)를 외장체(10)에 접착하여 압력센서를 제조하고 있다. 이와같이 압력센서칩(1)은 리이드(8)와 동시에 몰드된 외장체(10)에 다이본드재(6)에 의해 접착되어 있다. 이 때문에 와이어(9) 및 압력센서칩(1)은 외장체 (10)와 일체가 되어 몰드되어 있지 않고, 리드(8)와 외장체(10)만이 일체로 해서 제조되고 있다.
[발명이 해결하려 하는 과제]
상술한 것처럼 압력센서에서는 조립 후의 잔류응력을 작게하여 압력센서로서의 특성을 향상시키기 위해서는 구성재료의 선팽창계수가 압력센서칩(1) 재료인 실리콘에 의해 가까운 것을 선택하는 것이 가장 효과적이다.
즉, 압력센서의 정도는 사용하는 재료의 물성으로 결정된다. 이것은 제조시의 자류응력이 압력센서칩의 저항체에 작용하는 것인데 압력의 측정정도에도 영향을 미치기 때문이다. 종래, 압력센서의 오프셋드리프트리뉴얼된(오프셋전압의 온도변화 직선성)나 스팬드리프트리뉴얼리(압력을 걸었을때의 출력전압의 직선성)은 거의 압력센서의 구조와 재료로서 결정되고, 양호한 특성을 얻기 위해서는 사용재료나 구조를 변경하지 않으면 안된다고 하는 문제점이 있었다.
예를들면 제12도에 나타낸 압력센서는 특성이 나쁘고, 한정된 분야에서 사용되는 정도밖에 할 수가 없었다. 그 이유는 조립했을 때 압력센서칩(1)의 실리콘의 선팽창계수 3.5×10-6(1/℃)에 비교하여 외장체(1) 예를들면 에폭시 수지의 선팽창계수는 33×10-1(1/℃)와 차이가 크고, 조립 후에 발생하는 잔류응력이 크기 때문이다.
그래서, 정도가 좋은 압력센서를 얻기 위해서는 실리콘칩과 같은 재료의 실리콘 받침대나 실리콘칩의 팽창계수와 거의 같은 선팽창계수를 갖는 예를 들면 파랙스 유리 받침대를 실리콘칩과 일체로 구성하고, 그 받침대를 리드프레임 또는 스템에 다시 본드하는 방법에 의해 잔류응력을 저감하고 있다.
이때, 받침대의 두께는 두꺼우면 두꺼울수록 잔류응력을 저감하는데는 효과가 있는데, 받침대가 두꺼우면 와이어본드할 때 압력센서칩의 와이어 본드 패드부의 승온이 곤란하게 되기 때문에 승온용의 히이터온도를 고온으로 하지 않으면 안된다고 하는 문제점이 있었다.
따라서, 외어본드시에 몰드수지의 내열온도 이상으로 온도를 높여서 고온으로 와이어본드 되지 않는 결점이 있었다.
그 때문에 초음파진동 및 압착력에 의한 초음파 압착와이어 본드에 의해 와이어 본드 하지 않으면 안되다.
그러나, 초음파의 진동강도를 크게할 경우에는 리드의 도금 두께를 어느정도 두껍게 하지 않으면 안된다는 문제점이 있었다.
이 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것인데, 조립시 이종 재료의 선팽창계수 차이에 의해 생기는 압력센서칩의 응력과 비뚜러짐(비뚜러짐과 응력은 탄성한계내에서는 직선적으로 변화한다)를 구성부재의 가운데서 특히 영향이 큰 받침대의 치수(두께)와 외장체의 형상을 적절히 설계함으로 해서 목적하는 필요한 정보를 갖인 압력센서를 얻는 것을 목적으로 한다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
이 발명의 청구항 1에 관계된 압력센서는, 압력센서칩의 다이아프램표면 및 다이패드이면을 제외하고, 압력센서칩, 받침대, 와이어 및 다이패드를 외장체에서 일체로 봉함한 것이다.
이 발명의 청구항 2에 관계된 압력센서는, 압력센서칩의 두께에 대한 받침대두께의 비율을 7.5 이하로 하는 것이다. 이 발명의 청구항 3에 관계된 압력센서는, 다이아프램 지름에 대한 다이아프램표면의 외장체열린곳 지름의 비율은 1 이상으로 하는 것이다.
[작용]
이 발명의 청구항 1에 관계된 압력센서에 있어서는, 다이패드의 표면에 외장체를 돌아서 들어가지 않았는데 열로 비뚜러진 것에 의해 압력센서칩에 생기는 잔류응력을 자유로히 저감할 수가 있고, 압력센서의 측정정도를 향상시킬 수가 있다.
이 발명의 청구항 2에 관계된 압력센서에 있어서는 받침대의 두께를 엷게하여 압력센서칩의 잔류응력을 다시 저감시키고, 목적하는 정도의 압력센서를 값싸고 품질좋게 얻을 수가 있다. 이 발명의 청구항 3에 관게된 압력센서에 있어서는 다이아프램부에 발생하는 응력을 저감할 수 가 있다.
[실시예]
제1도는 이 발명의 한 실시예에 의한 압력센서를 나타낸 단면도이고, 제2도는 그 평면도이다.
이들 그림에 있어서 (1), (6), (8)∼(10)는 상술한 종래의 압력센서에 있어서와 동일하다.
압력센서칩(1)에는 에칭에 의해 형성된 다이아프램(2)이 설치되어 있고, 다이아프램(2) 상에는 피에조저항체(3)가 형성되어 있다.
압력센서칩(1)은 받침대95)에 실어놓아지고, 이 받침대(5)는 다이본드재(6) 예를들면 실리콘고무에 의해 다이패드(7)상에 고착되어 있다.
더욱이 다이패드(7)는 압력센서칩(1)과 받침대(5)의 합계 두께에 따라서 미리 아래쪽에 구부려져 단차를 설정하는 다이패드 가라앉힘을 해간다.
다이패드(7)를 포함한 리이드프레임은 예를들면 42-알로이로 만들어져 있고, 리드프레임의 인너리드, 아우터리드는 미리 도금되어 있다.
또한, 압력센서칩(1)상에 설치된 와이어본드패드(4)와 리이드(8)와는 와이어(7)에 의해 접속되어 있다.
상기 압력센서칩(1), 받침대(5), 와이어(9), 다이패드(7) 등은 다이아프램(2) 상면 및 다이패드(7)의 이면을 제외하고, 와장체(10) 예를들면 에폭시수지에 의해 일체로 몰드되어 있다.
이 외장체(10)에 의한 일체몰드는 일반의 IC제품제조흐름과 동일한 흐름에 의해 행하여 지게 된다.
즉, 종래는 일체몰드형으로 IC의 범용라인에서 조립하는 것은 열에 비뚜러짐에의해 압력센서칩(1)에 생기는 응력을 완화되지 않기 때문에 불가능하였다.
그러나, 상기의 구조에 의해 특수한 제조라인이 아니면서 종래의 범용설비와 범용라인으로 조립을 가능하게 한 것이다.
상술한 것처럼 구성된 압력센서에 있어서, 제3도 및 제4도를 참조하고 다이아프램치수(지름)D0에 대한 몰드시에 있어서의 외장체(10)의 열린곳 치수 D1의 비율에 따라 다이아프램의 피에조저항배치부에 생긴 응력이 어떻게 변화하는가를 설명한다.
제3도는 열린비율 D1/D0에 대한 응력의 크기를 D1/D0=1 즉, 열린곳치수 D1이 다이아프램치수 D0와 같을 때에 발생하는 응력을 1(100%)로 하여 나타낸 것이다.
그림에서 밝힌바와 같이 열린비율 D1/D0를 1.6으로 한다면 응력을 20% 저감할 수가 있다.
이와같이 이 발명에서는 열린비율을 1 이상으로 하는 것에 의해 압력센서칩(1)의 피에조저항배치부에 생긴 응력이 저감된다.
다음에 제5도 및 제6도는 다이패드(7)의 이면을 외장체(10)로 봉함하지 않은 때의 효과 및 압력센서칩(1)의 두께 T1에 대한 받침대(5)의 두께 T의 비율과 피에저 저항 배치부의 응력관계를 나타내고 있다.
더욱이 제5도에 있어서는 T/T1=7.5일 때 생기는 응력치를 1(100%)로 하여 나타내고, 혹점은 압력센서칩(1)에 관계된 주응력의 크기, 흰점은 받침대에 생기는 주응력의 절대치를 각각 나타내고 있다.
이들의 그림에 나타낸 것처럼 T/T1을 7.5에서 1.25로 하면 응력을 100%에서 50%로 저감할 수가 있다.
이와같이 압력센서칩(1)의 두께에 대한 받침대(5)의 두께비율은 7.5이하로 함으로 해서 압력센서칩(1)에 생기는 응력을 저감할 수 가 있다.
다시 받침대(5)가 얇기 때문에 와이어 본드시의 승온용 히이터는 일반적으로 사용되고 있는 IC와 마찬가지의 온도에서 와이어본드를 할 수가 있다.
또한, 제5도에서는 다이패드(7)의 이면에 외장체(10)는 전혀 설치되어 있지 않은데, 제7도에서 나타낸 바와같이 열린치수 D1과 같은 치수 또는 그것보다 큰 열린곳이 되도록 외장체(10)에서 다이패드(7)의 이면단부를 덮어도 좋다.
다시 압력센서 이면의 형상은 제8도에 나타낸 것처럼 좌우대층의 것이거나, 제9도에서 나타낸 것처럼 대향하는 각면이 각각 대층하는 것도 좋고 여러가지 형상이 채용된다.
제10도는 제11도에서 나타낸 바와같은 외장체(10)의 두께 W를 변화시킨 때의 피에조저항배치부의 응력변화를 나타낸다.
외장체(10)측부의 두께를 두껍게 함으로해서 피에조저항배치부의 잔류응력을 저감되게 하므로, 소정두께 이상이면 받침대(5), 다이패드(7), 압력센서(1) 주위의 수지 두께를 자유롭게 설계할 수 가 있다.
즉, W=0.45mm일 때 (흑점B)의 다이아프램부의 응력은 W=0.3mm(흑점A)일 때를 1(100%)로 하여 그 93%가 되는 것을 나타내고 있다.
또한, 흑점 C는 W=0.45mm의 압력센서에 압력도입관(20)을 설치할 때에 응력이 7% 증가하여 100%가 되는 것을 나타내고 있다.
이와같이 다이아프램부를 열게한 일체몰드형 압력센서는 받침대(5), 다이패드(7), 압력센서칩(1) 주위의 수지두께의 영향은 적기 때문에 압력도입관(20)을 설치하는 것, 또는 그 형상을 필요에 따라 변형하더라도 다이아프램부에 발생하는 응력을 크게할 수는 없기 때문에 설계의 자유도가 높은 압력센서를 얻게 된다.
더욱이 상술한 실시예에서는 받침대(5)를 설치한 압력센서에 관해서 설명하였는데, 정도가 좋은 압력센서를 얻는 경우에는 받침대 붙힘으로 구성하고, 고정도가 필요없는 경우에 받침대를 생략한 것이라도 좋다.
이 경우 상술한 것과 마찬가지의 일체몰드형으로 구성되고, 일체몰드형을 변경하는 것만으로 조립흐름은 동일한 것에서 제조할 수가 있다.
또한, 다이본드재(6)으로써 실리콘고무를 사용한 경우를 나타내었는데, 에폭시주지나 땜납 등 여러가지의 것이 사용된다.
[발명의 효과]
이 발명의 청구항 1에 있어서는 압력센서칩의 다이아프램표면 및 다이패드이면을 제외하고, 압력센서칩, 받침대, 리이드, 와이어 및 다이패드를 외장체에서 일체로 봉함하였는데, 압력센서칩에 생기는 열응력을 소망의 값에 자유롭게 저감할 수 있게 되고, 필요한 정도의 압력센서를 얻을 수가 있다.
또한, 범용의 IC제조공정흐름에 의해 압력센서를 제조할 수가 있고, 싼값으로 고품질의 압력센서를 얻을 수가 있다고 하는 효과를 낳는다.
이 발명의 청구항 2에 관계된 압력센서에 있어서는, 청구항 1에 의해 다이패드의 이면에 외장체를 형성하지 않고, 압력센서의 두께에 대한 받침대 두께비율을 7.5 이하로 얇게 할 수가 있는데, 와이어본드시의 승온온도를 낮게 할 수가 있게함과 아울러 리이드프레임의 도금층으로의 하지(下地)금속의 확산을 적게하여 도금층을 얇게 하는 것이 가능하다고 하는 효과를 낳는다.
이 발명의 청구항 3에 관계된 압력센서는 다이아프램지름에 대한 다이아프램 표면의 외장체 열린지름의 비율을 1 이상으로 한 것인데, 압력센서칩에 생기는 응력을 저감할 수가 없다고 하는 효과를 낳는다.

Claims (3)

  1. 저항체가 설치되고, 다이아프램이 형성된 반도체 압력센서칩과, 이 반도체 압력센서칩을 실어놓은 받침대와, 이 받침대를 탑재하는 다이패드와, 리이드와, 이 리이드와 상기 반도체 압력센서칩을 전기적으로 접속하는 와이어와, 상기 반도체 압력센서칩의 다이아프램 표면 및 상기 다이패드이면을 빼고, 상기 반도체 압력센서칩, 받침대, 리이드, 와이어 및 다이패드를 한몸으로 봉합하는 외장체를 갖춘 것을 특징으로 하는 반도체 압력센서.
  2. 제1항에 있어서, 반도체 압력센서칩의 두께에 대한 받침대두께의 비율을 7.5 이하로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 압력센서.
  3. 제1항에 있어서, 다이아프램 지름에 대한 다이아프램 표면의 외장체열린 지름의 비율을 1 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 압력센서.
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