KR970000779B1 - 반도체 압력센서 및 그 제조방법 - Google Patents

반도체 압력센서 및 그 제조방법 Download PDF

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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
시키모리야
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Abstract

내용 없음.

Description

반도체 압력센서 및 그 제조방법
제1도는 이 발명의 한 실시예 1에 의한 반도체 압력센서를 표시하는 요부 평면도.
제2도는 외장수지로 일체로 몰드하였을때의 반도체 압력센서를 표시하는 평면도.
제3도는 제2도에 표시한 반도체 압력센서의 단면도.
제4도는 이 발명의 실시예 2에 의해 반도체 압력센서를 체결하고 있는 상태를 표시하는 단면도.
제5도는 제4도와 같은 금형의 구성을 표시하는 개략 단면도.
제6도는 이 발명의 또다른 실시예에 의한 반도체 압력센서를 표시하는 요부평면도.
제7도는 이 발명의 또다른 실시예에 의한 반도체 압력센서를 표시하는 요부평면도.
제8도는 이 발명의 또다른 실시예에 의한 반도체 압력센서를 표시하는 요부평면도.
제9도는 이 발명의 또다른 실시예에 의한 반도체 압력센서를 표시하는 요부평면도.
제10도는 제10도에 표시한 반도체 압력센서의 단면도.
제11도는 이 발명의 또다른 실시예에 의한 이면 수압형의 반도체 압력센서를 표시하는 단면도.
제12도는 이 발명의 또다른 실시예에 의한 반도체 압력센서를 표시하는 평면도.
제13도는 제12도에 표시한 반도체 압력센서의 단면도.
제14도는 이 발명의 또다른 실시예에 의한 이면 수압형의 반도체 압력센서를 표시하는 단면도.
제15도는 이 발명의 실시예 6에 의한 반도체 압력센서를 표시하는 단떤도.
제16도는 이 발명의 실시예 6에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 평면도.
제17도는 이 발명의 실시예 6에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 단면도.
제18도는 이 발명의 실시예 7에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 평면도.
제19도는 이 발명의 실시예 7에 의한 반도체 압련센서의 스템을 표시하는 단면도.
제20도는 이 발명의 실시예 8에 의한 반독체 압력센서의 스템을 표시하는 평면도.
제21도는 이 발명의 실시예 8에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 단면도.
제22도는 이 발명의 실시예 9에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 평면도.
제23도는 이 발명의 실시예 10에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 평면도.
제24도는 이 발명의 실시예 10에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 단면도.
제25도는 이 발명의 실시예 11에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 평면도.
제26도는 이 발명의 실시예 11에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 단면도.
제27도는 이 발명의 실시예 12에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 평면도.
제28도는 이 발명의 실시예 12에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 단면도.
제29도는 이 발명의 실시예 13에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 평면도.
제30도는 이 발명의 실시예 13에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 단면도.
제31도는 이 발명의 실시예 14에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 평면도.
제32도는 이 발명의 실시예 14에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 단면도.
제33도는 이 발명의 실시예 15에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 평면도.
제34도는 이 발명의 실시예 16에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 평면도.
제35도는 이 발명의 실시예 16에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 평면도.
제36도는 이 발명의 실시예 17에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 평면도.
제37도는 이 발명의 실시예 18에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 단면도.
제38도는 이 발명외 실시예 19에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 측면도.
제39도는 종래의 반도체 압력센서를 표시하는 단면도.
제40도는 종래의 다른 반도체 압력센서를 표시하는 단면도.
제41도는 종래의 또다른 반도체 압력센서를 표시하는 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 반도체 압력센서칩 2 : 피에조 저항체
4 : 대좌 5 : 제2다이본드재
6 : 스템 6A : 홈
7 : 내부접속용 리드 8 : 절연수지
9 : 외부접속용 리드 9A : 나사
20 : 전극 21 : 둑
21A, 2lB, 21C : 둑 22 : 외장수지
25 : 제1금형 26 : 제2금형
27 : 제3금형 30 : 파이프
31 : 스템 31A, 31B, 31C, 31D, 31E, 31F : 돌기
31G, 31H, 31I,31J, 31K : 오목부 31L : 조면(粗面)
32 : 태경부(太徑部) 33 : 세경부(細徑部)
이 발명은, 반도체 압력센서 및 그 제조방법, 특히 반도체 압력센서의 내부배선이 외부로부터 전달되는 진동기타의 외력에 의해 파단되는 것을 방지하기 위해, 내부배선을 일체로 성형 외장한 고온고압용 반도체 압력센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체 압력센서는, 피측정개스 또는 액체의 압력의 직접 다이어프램, 예를 들면 실리콘다이어프램으로 받고, 이 실리콘다이어프램의 압력에 의한 변형을 실리콘다이어프램상에 형성된 피에조 저항체의 저항치 변화에 의해 감지하는 것이다.
따라서, 다이어프램부에 압력이 인가되지 않을때는 피에조 저항체에 변형을 주어서는 안된다. 제39도는, 종래의 반도체 압력센서를 표시하는 종단면도이다.
또, 이하 각 도면중 동일부호는 동일 또는 상당부분을 표시하고 있다.
제39도에 있어서는, 반도체 압력센서칩(1)의 표면에는 피에조 저항체(2)가 형성되어 있고, 반도체 압력센서칩(1)은 제1다이본드재(3)에 의해 대좌(4)에 접착되어 있다.
또 대좌(4)는 제2다이본드재(5)에 의해 스템(6)에 접착되어 있다.
반도체 압력센서칩(1)에 접속된 내부접속용 리드(7)는, 절연수지(8)에 의해 스템(6)의 관통공(6a)에 고정된 외부접속용 리드(포스트)(9)에 접속되어 있다.
반도체 압력센서의 외주는, 반도체 압력센서칩(1) 및 내부접속용 리드(7)를 보호하기 위한 캡(10)이 설치 되어있다.
종래의 반도체 압력센서는 상술한 바와 같이 구성되고, 반도체 압력센서칩(1)은 제1다이본드재(3)에 대좌(4)에 접착되고, 대좌(4)는 제2다이본드재(5)에 의해 스템(6)에 의해 접착되어 있다.
따라서 제1다이본드재(3)와 반도체 압력센서칩(1)과의 선팽창계수의 차에 의해 발생하는 열응력을, 반도체 압력센서칩(1)의 표면에 설치된 피에조 저항체(2)가 직접 받는다. 또, 피에조 저항체(2)는 대좌(4)나 제2다이본드재(5), 스템(6)등 재질이 다른 것과 일체로 형성되어 있기 때문에 선팽창계수의 차로 생기는 열응력을 받는다.
또, 캡(10)을 스템(6)에 접착함으로써, 스템(6), 제2다이본드재(5), 대좌(4), 제1다이본드재(3)를 통해서, 캡(10)으로부터도 열응력이 피에조 저항체(2)에 미치게 된다.
또, 내부접속용 리드(9)가 외부전원이나 외부검출계(도시않음)에 접속되어 있을때, 이로부터 힘을 받게 되면 절연수지(8)로부터 스템(6), 제2다이본드재(5), 대좌(4), 제1다이본드재(3)를 통해서 반도체 압력센서칩(1)에 외력이 전달되고, 피에조 저항체(2)에 변형을 미치게 된다.
종래의 반도체 압력센서는, 이상과 같이 외력의 전달이 되므로, 대좌(4)는 반도체 압력센서칩(1)과 같은 재료를 사용해서 접착을 했을때 생기는 선팽창계수의 차에 의해서 생기는 변형을 가능한한 작게 할 필요가 있고, 또 스템(6)이나 제2다이본드재(5)를 통해서 전달되는 변형을 반도체 압력센서칩 (1)에 전달하는 것을 경감시키기 위해, 대좌(4)에 홈(4a)을 설치할 필요가 있다.
또 제1다이본드재(3)나 제2다이본드재(5)는, 기밀성을 충분히 확보하기 위해 금실리콘박을 사용하고 있고, 고온에서는 작업이 요구되었었다.
또 외부로부터 전달되는 변형을 적게 하기 이해, 내부접속용 리드(7)는 양단고정빔(beam)으로 구성되었으므로, 진동에 대해 강성을 갖게 하기 위한 선경(線徑)과 길이를 설계할때에 제한을 받는다는 문제점이 있었다.
이상과 같이, 종래의 방식에서는, 변형의 전달이 반도체 압력센서칩(1)의 하면, 즉 대좌(4)와 접착하는 면만이기 때문에 전달되는 변형을 작게 하기 위해서는 재료의 선정, 특히 선팽창계수가 반도체 압력센서칩(1)에 가까운 것을 선정하는 것과, 대좌(4)의 치수, 형성을 최적화하는 것외에는, 전달되는 변형을 저감시키는 방법이 없었다.
제40도는, 예를 들면 일본국 특개소 62-144368호 공보에 기재된 종래의 다른 반도체 압력센서를 표시하는 종단면도이다.
도면에서, 내부에 산화극소(SiO2)막(13)이 형성된 저열팽창성 폴리이미드막(14)은, 실리콘다이어프램(11)상에 올려놓여 있고, 실리콘다이어프램(11)은, 파이렉스글래스(15)상에 탑재되어 있다. 또, 이 파이렉스글래스(15)는 패키지(16)상에 탑재되고 금선(17) 및 외부접속용 리드(9)는 겔상 실리콘막(18)으로 고정되어 있다.
그러나 상술한 반도체 압력센서에서는, 겔상 실리콘막(18)은 정도 좋게 도포하는 것이 곤란하고, 다이어프램 영역에 겔상 실리콘막(18)이 유출되는 것을 방지하기는 곤란했었다. 또 외부로부터 전달되는 외력에 대해, 겔상 실리콘수지의 탄성계수가 몰드콤파운드재료에 비해 4자리 내지 5자리 작고, 진동이나 외부에서 건드리기만해도 쉽게 변형하여, 금선(17)을 보호하는 수단으로서의 효과가 제한되는 결점이 있었다.
즉, 탄성계수가 작은 겔상 실리콘수지로 외장하는 목적은, 실리콘칩 다이어프램부(11)에 외장함으로써 생기는 변형, 응력을 저감하기 위해, 탄성계수가 낮은 겔상 실리콘수지등이 재료로 선택되었었다.
그러나, 수지의 강도가 불충분하기 때문에 금선(17)이나 실리콘다이어프램(11)을 충분히 보호할 수 없다는 문제점이 있었다.
제41도는, 종래의 다른 반도체 압력센서를 표시하는 종단면도이다.
이 도면의 반도체 압력센서에서는, 압력검지부를 제외하고, 반도체 압력센서칩(1)이나 내부접속용 리드(7)등이 스템(6)상의 외장수지(22)에 의해 덮혀 있다.
그러나 스템(6)과 외장수지(22)와의 접합이 충분치 않고, 수분이 내부에 침입해서 내부접속용 리드(7) 및 그 접합부의 접속의 신뢰성을 저하시키거나, 내부응력을 증대시켜서 정확한 압력측정을 할 수 없다는 문제점이 있었다.
이상과 같이, 종래의 반도체 압력센서에서는, 대좌(4)로부터 전달되는 변형을 적게하기 위해, 반도체 압력센서칩(1)의 선팽창계수에 가까운 값에 대좌(4)를 선정해야 하는 필요가 있다는 문제점이 있었다.
또 겔상 실리콘막(18)은 도포를 정도 좋게 하기가 곤란하고, 강도가 불충분하며, 내부 배선을 충분히 보호할 수 없다는 문제점이 있었다.
또, 스템(6)과 외장수지(22)와의 접합이 충분치 않고, 수분이 내부에 침입해서 내부접속용 리드(7) 및 그 접합부의 접속의 신뢰성을 저하시키고, 내부응력을 증대시켜서 정확한 압력측정을 할 수 없다는 문제점이 있었다.
이 발명은, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 하게 된 것으로, 이 발명은 외장수지를 다이어프램부에 흘러 들어가지 않도록 해서 반도체 압력센서칩등을 몰드하는 동시에 내부접속용 리드를 탄성율이 큰 일반의 외장수지로 고정하고, 외부로부터 전달되는 진동에 대해 강도를 높한 반도체 압력센서를 얻는 것을 목적으로 한다.
이 발명은, 반도체 압력센서칩이 대좌로부터 받는 인장력과 반도체 압력센서칩이 외장수지로부터 받는 압축력을 균형시킴으로써, 반도체 압력센서칩에 변형이 가해지지 않는 반도체 압력센서를 얻는 것을 또다른 목적으로 한다.
이 발명은 스템과 외장수지와의 접합을 확실하게 함으로써, 신뢰성이 높은 반도체 압력센서를 얻는 것을 또다른 목적으로 한다.
이 발명은 외장수지가 다이어프램부에 흘러들지 않게 해서 외장수지를 정도 좋게 몰드할 수 있는 반도체 압력센서의 제조방법을 얻는 것을 또다른 목적으로 한다.
이 발명의 반도체 압력센서는, 반도체 압력센서칩 표면중 피에조 저항체 및 다이어프램부의 외주위치에, 외장수지의 몰드시에 외장수지가 다이어프램부에 흘러들지 않게 하는 둑을 설치한 것이다.
이 발명의 반도체 압력센서는, 반도체 압력센서칩, 대좌 및 외장수지의 열팽창율을 각각 α0, α1, α2로 해서 α2,α0,α1이 되는 재료로 반도체 압력센서칩등을 구성하고, 반도체 압력센서가 고온에서 상온으로 되돌아갔을때 반도체 압력센서칩이 대좌로부터 받는 인장력과, 반도체 압력센서칩이 외장수지로부터 받는 압축력이 상쇄되도록 대좌 및 반도체 압력센서칩의 체적을 조절한 것이다.
이 발명에 관한 반도체 압력센서는 스템과 외장수지와의 접합면에 접합면적 확대수단을 설치한 것이다.
이 발명의 반도체 압력센서의 제조방법은 반도체 압력센서칩의 표면의 피에조 저항체 및 다이어프램부의 외주에 둑을 설치하는 공정과, 반도체 압력센서칩, 대좌 및 스템을 접착하는 공정과, 반도체 압력센서칩의 전극과 스템에 설치된 외부접속용 리드를 전기적으로 접속하는 공정과, 둑으로부터 외측으로 반도체 압력센서칩의 측부근처, 대좌의 측부, 외부접속용 리드의 반도체 압력센서칩측 돌출부를 덮도록 외장수지로 몰드하는 공정으로 구성된 것이다.
이 발명에 있어서는, 반도체 압력센서칩의 다이어프램부에 외장수지가 유입되는 것을 방지할 수 있으므로, 값싸고 정도가 높은 반도체 압력센서가 얻어진다.
이 발명에 있어서는, 반도체 압력센서칩에 변형이 되지 않고, 정도가 높은 압력측정을 할 수가 있다.
이 발명에 있어서는, 접합면적 확대수단이 스템과 외장수지와의 접합을 확실하게 하고, 내부로 수분이 침입하는 것을 방지해서 내부배선등의 신뢰성을 향상시킨다.
이 발명에 있어서는, 반도체 압력센서칩의 다이어프램부에 외장수지가 유입하는 것을 막을 수 있어, 외장수지와 각 구성물품과의 밀착성이 향상되고, 신뢰성 높은 반도체 압력센서를 제조할 수가 있다.
실시예 1
제1도는, 이 발명의 실시예 1에 의한 반도체 압력센서를 표시하는 요부평면도이다. 또, 각 도면중, 동일부호는 동일 또는 상당부분을 표시하고 있다.
도면에서, 반도체 압력센서칩(1)의 표면에는, 퍼에조 저항체(2) 및 전극(20)이 형성되어 있다. 일체 몰드시에 외장수지가 다이어프램부에 홀러 나오는 것을 방지하기 위해 수지로 된 둑(21)이 피에조 저항체(2)의 외주를 둘러싸서 설치되어 있다.
둑(21)으로는 예를 들면 저열팽창성의 폴리이미드계나 실리콘계의 수지가 적합하게 사용될 수 있고, 인쇄방식, 사진제판등에 의해 형성할 수가 있다.
또 둑(21)의 내경 ψB는, 반도체 압력센서칩(1)에 에칭등으로 형성된 다이어프램의 직경 φA보다 크게 한다.
제2도는, 외장수지(22)로 일체로 몰드했을때의 반도체 압력센서를 표시하는 평면도이고, 제3도는 그 단면도이다.
이들 도면에 표시하는 바와 같이 외장수지(22)는, 둑(21)의 외측에 인접하도록 몰드되어 있다. 또 전극(20)과 외부접속용 리드(9)와는 내부접속용 리드(7), 예를 들면 금선, 알루미늄선, TAB리드등에 의해 접속되어 있다.
실시예 2
제4도는, 이 발명의 실시예 2에 의해 반도체 압력센서를 제조할때 사용하는 몰드 금형의 구성을 표시하는 개략 단면도이다.
도면에서 반도체 압력센서칩(1)상에 둑(21)을 미리 형성해 놓는다.
다음에 둑(21)을 통해 눌러서 밀착시킨 제2금형(26)과 제1금형(25)에 의해 반도체 압력센서를 보존하고, 외장수지(22)가 다이어프램부에 유출하는 것을 방지하면서 수지몰드를 한다.
제5도는 제4도와 같은 금형의 구성을 표시하는 개략 단면도이고, 제2금형(26)과 분리한 제3금형(27)을 구비하고 있다.
즉, 일반적으로 반도체 압력센서를 구성하는 스템(6), 제2다이본드재(5), 대좌(4), 반도체 압력센서칩(1)이나 둑(21)는 설계 허용오차를 갖고 설계된다.
이 때문에 둑(21)을 누르는 제3금형(27)을 제2금형(26)과 분리해서, 설계허용오차를 조정하여, 일정압력으로 둑(21)을 누를 수가 있다.
이상과 같은 제조방법에 의해, 치수정도가 높은 수지몰드를 할 수 있는 동시에, 외장수지(22)의 체적을 소정의 값으로 결정해서 수지몰드를 할 수가 있다. 또 제4도 및 제5도에 있어서 스플, 게이트, 런너는 도시를 생략하였으나, 주입수지량이 많은 것과 형상, 두께의 치수가 변화하는 부분이 많기 때문에, 복수의 다게이트, 다스플, 다런너로 구성할 수도 있다.
실시예 3
다음으로, 대좌의 물성치 특히 대자의 열팽창율, 체적, 탄성계수에 따라 외장수지의 외장치수를 결정하고 다이어프램영역에 발생하는 변형을 감소시키는 방법에 대해서 설명한다. 이 발명에서는, 상술한 일본국 특개소 62-144368호 공보에 기재된 바와 같이 단지 외장수지의 탄성계수를 내리는 것만으로 외장수지가 다이어브램부에 미치는 영향을 작게 하는 것이 아니라, 대좌, 반도체 압력센서칩, 외장수지 각각의 물성, 예를 들면 탄성계수(E), 열팽창율 α, 치수 특히 반도체 압력센서칩과 대좌의 치수가 특성설계에서 결정된 단계에서 외장수지를 어떤 치수로 몰드하면 다이어프램부에 가해지는 변형, 응력의 영향을 작게 할 수 있는지를 상기 물성의 함수로 주고, 정도 높은 반도체 압력센서를 얻는 것이다. 우선, 대좌의 선팽창계수가 반도체 압력센서칩의 선팽창계수보다 작은 재료를 선정하고, 외장수지의 선팽창계수가 반도체 압력센서칩의 선팽창계구보다 큰 재료를 선정한다.
이로 인해, 반도체 압력센서를 외장수지에 의해 외장을 완료하고 고온으로부터 상온으로 되돌아왔을때의 반도체 압력센서칩에는 외장수지로부터 압축변형을 받고, 대좌로부터는 인장변형을 받도록해 이들의 압축변형과 인장변헝이 균형을 이루도록 한다.
즉, 대좌의 체적을 V1, 선팽창계수를 α1, 탄성계수 E1, 외장수지의 체적을 V2, 선팽창계수를 α2,탄성계수 E2, 반도체 압력센서칩의 체적을 V0, 선팽창계수를 α0, 탄성계수를 E0로 한다.
이때, 반도체 압력센서칩을 기준해서 온도차 △T에 의해 대좌는 ε1=△T(α1-α0)인 구속변형이 생긴다. 또, 외장수지는 ε2=△T(α2-α0)인 구속변형이 생긴다.
이 변형에 의해, 대좌 내부에 축적되는 변형에너지는, U1=1/2E1ε1 2V1, 외장수지에는 U2=1/2E2ε2 2V2가 된다.
이론적으로 U1=U2로 하는 것은 가능하고, 이때에는 반도체 압력센서칩은 외장수지로부터는 압축변형을 받으나, 대좌로부터는 인장변형을 받아 이들이 같기 때문에 등가적으로 변형을 받지 않도록 할 수가 있다. 구체적으로는, E1ε1 2V1=E2ε2 2V2를 만족하도록 대좌의 체적 V1와 외장수지의 체적 V2와의 체적비를 이론적으로 구해서, V2=E1ε1 2V1/E2ε2 2으로 하면 된다. 또, 반도체 압력센서칩, 대좌, 외장수지의 첨자(添字)를 각각 0, 1, 2로 하고, 반도체 압력센서칩의 외형치수를 X0, Y0, Z0로 표시하며 그 형상을 입장체로 가정하고 대좌의 외형치수를 X1, Y1, Z1으로 표시하고, 그 형상을 입방체로 가정하며, 또 외장수지의 외형치수를 X2, Y2, Z2으로 표시하고 그 형상을 입방체로 가정한다.
그러면, 외장수지만이 체적 V2는 V2=X2Y2Z2-X0Y0Z0-X1Y1Z1으로 표시되고, 대좌의 체적 V1은 V1=X1Y1Z1*****으로 표시되는 것으로부터, 외장수지의 외형치수는 다음의 (1)식의 관계를 만족하도록 선정하면 된다.
따라서 반도체 압력센서칩과 대좌의 전체를 다음의 (2)식에 표시하는 량의 외장수지로 덮으면 된다.
대좌와 반도체 압력센서칩을 입방체로 하면 반도체 압력센서 전체를 다음의 (3)식에 표시하는 두께 t로 덮으면 되고, t의 값은 실현가능하다.
이 발명에 있어서의 외장수지에서의 외장형상은, 두께 t로 반도체 압력센서 전체를 덮는 것이 아니고, 다이어프램부는 외장수지를 제외하고 있기 때문에 비대칭은 되나, 두께 t로부터 최적의 두께를 구할 수가 있다.
변형에너지를 E1(α1-α0)2V1=E2(α2-α0)2V2로 하는 것은 (α1-α0)2이나, (α1-α0)20이고, 등식을 만족하는 V1, V2의 관계를 찾아내는 것은 가능하다.
반도체 압력센서칩의 대좌와 접하는 부분의 면적을 S1이라 하면, 반도체 압력센서칩은 (α1-α0)E1S1△T로 주어지는 인장력을 받는다.
동시에, 외장수지와 반도체 압력센서칩과의 접촉하는 부분의 면적을 S2라고 하면, 반도체 압력센서칩은 (α2-α0)E2S2△T의 압축력을 받는다.
본래는 인장력과, 압축력을 받는 부분이 다르기 때문에 압축력의 중심과 인장력의 중심이 일치하도록 되는 형상의 연구를 필요로 하는 동시에, 다이어프램상의 피에조 저항체가 배치된 부분의 4개소에서 (α1-α0)E1S1△T+(α2-α0)E2S2△T의 값을 0으로 할 수가 있다.
상술한 변형에너지의 식 E1(α1-α0)2V1=E2(α2-α0)2V2로 설계하는 경우, 부분적힘의 균합식 (α1-α0)E1S1△T+(α2-α0)E2S2△T=0으로 설계할때에 비해 오차를 발생하나, 설계에 요하는 수고는, 변형에너지의 식으로 설계하는 쪽이 부분적 힘의 균합식(均合式)으로 설계하는 경우에 비해 수십분지 1로 끝나기 때문에, 반도체 압력센서의 정도에 따라 변형에너지의 식이거나, 부분적힘의 균합식의 어느 것을 사용하는가를 선별하면 된다.
제3도에 표시한 반도체 압력센서를 구성하는 재료의 물성치 일예로서, 반도체 압력센서칩의 α0=0.35×10-5(1/0C), E0=1.92×104kgf/mm2대좌에 파이렉스글래스를 사용하면, α1=0.32×10-5(1/0C), E0=0.69×104kgf/mm2, 외장수지로서 에폭시수지를 사용하면, α2=1.7×10-5(1/0C), E2=0.1140×104kgf/mm2등을 선정할 수가 있다.
또 대좌에 석영유리를 사용할 수도 있고, 이 경우는, α1=0.055×10-5(1/0C), E1=0.72×104kgf/mm2가 된다.
실시예 4
또, 상술한 실시예에서는, 제1도에서는 둑(21)으로서 원형 도너츠형의 것을 표시했으나, 외장수지가 다이어프램부 및 전극부에 흘러나오지 않는 구조, 형상이면, 제6도, 제7도, 제8도에 표시하는 바와 같이 사각형이나 도너츠형, 또 이외에 어떤 형상이라도 무방하다.
실시예 5
또, 외장수지(22)는, 제9도 및 제10도의 A에 표시하는 바와 같이, 스템(6)의 상면에서 몰드해도 된다.
또 제9도 및 제10도등에서는, 표면수압형의 반도체 압력센서를 표시했으나, 제11도에 표시한 바와 같이 이면 수압형의 반도체 압력센서에도 같게 적용할 수 있다.
이 경우, 제11도에는, 반도체 압력센서의 이면에 파이프(30)를 구비한 것을 표시했으나, 이 파이프(30)는 사용목적에 따라, 설치해도 안해도 된다.
또 제12도 및 제13도에 표시하는 바와 같이, 외부접속용 리드(9)에 부분적으로 나사(9A)를 내고, 외장수지(22)와의 접착강도를 증가시키거나, 스템(6)의 상면에 동심원 상의 홈(6A)을 설치하여, 외장수지(22)와 스템(6)과의 접착강도를 증가시킬 수가 있다.
외장수지(22)는, 고온에서 진공주입되나, 상온이 될때까지 냉각되면 수축하게 딘다.
따라서, 스템(6), 외부접속용 리드(9), 대좌(4), 반도체 압력센서칩(1)과 외장수지(22)가 경계면을 이루므로, 각각의 경계면에서 미끄럼의 발생과 같은 엄격한 치수로 설계되어 있을때는, 상술한 나사(9A)나 홈(6A)은 유효하게 미끄럼을 방지할 수 있다.
또, 제13도에는 표면수압형의 반도체 압력센서를 표시했으나, 제14도에 표시한 바와 같이, 이면 수압형의 반도체 압력센서에도 같게 적용할 수 있다.
이때, 제14도에는 반도체 압력센서의 이면에 파이프(30)를 구비한 것을 표시하였으나, 이 파이프(30)는 사용목적에 따라 설치해도 되고 안해도 된다.
실시예 6
제15도는 이 발명의 실시예 6에 의한 반도체 압력센서의 구성을 표시하는 단면도.
제16도 및 제17도는 제15도에 표시한 반도체 압력센서의 스템의 구성을 표시하는 각각 평면도 및 단면도이다.
이들 도면에서 제41도에 표시한 종래의 반도체 압력센서와 같은 부분은 동일부호를 붙여서 설명을 생략한다.
이 반도체 압력센서의 스템(31)에는, 외장수지(22)와의 접합면에 접합면적화대수단인 환상의 돌기(31A)가 설치되어 있다.
따라서, 이 돌기(31A)에 의해 스템(31)이 외장수지(22)와의 접합면적이 확대되어 양자의 접합강도는 접합면의 면적에 비례해서 증대하므로, 수분등의 침입을 방지할 수 있고, 신뢰성이 향상된다.
실시예 7
제18도 및 제19도는, 이 발명의 실시예 7에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 각각 평면도 및 단면도이다.
도면에 표시하는 바와 같이 스템(31)의 상면을 측방으로 돌출시켜서 돌기(31B)를 형성하고 있으므로, 이 돌기(31B)에 의해 접합면적이 확대된다.
또, 외장수지(22)를 돌기(31B)의 측방까지 돌려부어 돌기(31B)까지 피복하도록 하면 스템(31)과 외장수지(22)와의 접합강도는 더욱 증대한다.
실시예 8
제20도 및 제21도는, 이 발명의 실시예 8에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 각각 평면도 및 단면도이다.
도면에 표시하는 바와 같이 스템(31)의 상면 최외주부에 돌기(31C)를 형성해서 스템(31)과 외장수지(20)와의 접합면적의 확대를 도모하도록 한 것이다.
실시예 9
제22도는, 이 발명의 실시예 9에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 평면도이다. 도면에 표시한 바와 같이, 스템(31)의 상면에 단추형상의 돌기(31D)를 여러개 형성해서 스템(31)과 외장수지(22)의 접합면적의 확대를 도모하도륵 한 것이다.
실시예 10
제23도 및 제24도는, 이 발명의 실시예 10에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 각각 평면도 및 단면도이다.
도면에 표시한 바와 같이 스템(31)의 상부측면에 복수의 돌기(31E)를 형성하고 스템(31)과, 외장수지(22)와의 접합면적의 확대를 도모하도록 한 것이다.
실시예 11
제25도 및 제26도는, 이 발명의 실시예 11에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 각각 평면도 및 단면도이다.
도면에 표시한 바와 같이 스템(31)의 측면 외주로부터 외측에 복수의 돌기(31F)를 형성하고, 스템(31)과 외장수지(22)와의 접합면적의 확대를 도모하도록 한 것이다.
실시예 12
제27도 및 제28도는 이 발명의 실시예 12에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 각각 평면도 및 단면도이다.
도면에 표시한 바와 같이 스템(31)의 상면에 환상의 오목부(31G)를 형성하고, 스템(31)과 외장수지 (22)의 접합면적의 확대를 도모하도륵 한 것이다.
실시예 13
제29도 및 제30도는, 이 발명의 실시예 13에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 각각 평면도 및 단면도이다.
도면에 표시한 바와 같이, 스템(31)의 측면 전주에 환상의 오목부(31H)를 형성하고, 스템(31)과 외장수지(22)와의 접합면적의 확대를 도모하도록 한 것이다.
실시예 14
제31도 및 제32도는, 이 발명의 실시예 14에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 각각 평면도 및 단면도이다.
도면에 표시한 바와 같이 스템(31)의 상면을 전주에 걸쳐 컷아웃 오목부(cutout recess)(31I)을 형성해서, 스템(31)과 외장수지(22)와의 접합면적의 확대를 도모하도록 한 것이다.
실시예 15
제33도는, 이 발명의 실시예 15에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 평면도이다. 도시한 바와 같이, 스템(31)의 상면에 둥근 형의 오옥부(31J)를 여러개 형성해서 스템(31)과 외장수지(22)와의 접합면적의 확대를 도모하도록 한 것이다.
실시예 16
제34도 및 제35도는, 이 발명의 실시예 16에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 각각 평면도 및 단면도이다.
도면에 표시한 바와 같이, 스템(31)의 측면에 둥근형의 오목부(31K)를 여러개 형성하고, 스템(31)과 외장수지(22)와의 접합면적의 확대를 도모하도록 한 것이다.
실시예 17
제36도는, 이 발명의 실시예 17에 의한 반도체 압력센서의 스템을 표시하는 평면도이다. 도면에 표시하는 바와 같이, 스템(31)의 상면에 면의 표면이 거치른 조면(31L)을 형성해서, 스템(31)과 외장수지(22)와의 접합면적의 확대를 도모하도록 한 것이다.
실시예 18
또, 상기 실시예 6∼17에서는, 각 스템(31)의 상면 또는 측면에 외장수지(22)와의 접합면적을 확대시키는 접합면적 확대수단을 형성해서, 복합강도를 향상시키도록 연구한 것이나, 예를 들면 제37도에 표시한 바와 같이, 실시예 6과 같이 스템(31)의 상면에 환상의 돌기(31A)를 형성해서 접합면적을 확대시키는 동시에, 리드(9)의 선단에 태경부(太徑部)(32)를 형성해 두면, 접합강도는 더욱 향상된다.
실시예 19
또, 상기 실시예(18)와 같이 스템(31)의 상면에 환상의 돌기 (31A)를 형성해서 접합면의 면적을 확대시키는 동시에, 제38도에 표시한 바와 같이 대좌(4)의 측부에 세경부(33)를 형성해 주면, 접합강도는 상기 실시예 18과 같이 더욱 향상한다.
실시예 20
또 스템(31)의 상면에 닉켈도금을 하고(도시하지 않음), 그 위에 대좌(4)를 다이본드재(5)로 접착한후, 나머지 노출되어 있는 닉켈도금면을 산화시켜서 닉켈산화막을 형성하고, 이 닉켈산화막상에 외장수지(22)를 피복시키면, 접합면에는 친화력을 발현시키는 수소결합을 형성할 수 있는 관능기가 많이 존재하기 때문에 스템(31)과 외장수지(22)와의 접합강도는 향상한다.
이상 설명한 바와 같이, 이 발명에 관한 반도체 압력센서는 표면에 피에조 저항체가 설치되고, 이면에 다이어프램부가 형성된 반도체 압력센서칩과 이 반도체 압력센서칩을 올려놓는 대좌와, 이 대좌를 올려놓는 스템과, 상기 반도체 압력센서칩의 측부근처 및 상기 대좌의 측부를 덮어 스템상에 몰드된 외장수지를 구비한 반도체 압력센서로서, 상기 반도체 압력센서칩 표면중 상기 피에조 저항체 및 상기 다이어프램부의 외주의 위치에, 상기 외장수지의 몰드시에 외장수지가 다이어프램부에 흘러들지 않게 하는 둑을 설치하였으므로, 내부접속용의 리드를 탄성율이 큰 일반의 외장수지로 고정할 수가 있어 외장으로부터 전달되는 진동에 대해 강도를 한층 향상할 수 있다는 효과를 나타낸다.
이 발명에 관한 반도체 압력센서는, 표면에 피에조 저항체가 설치되고 이면에 다이어프램부가 형성된 반도체 압력센서칩과, 이 반도체 압력센서칩을 올려놓는 대좌와, 이 대좌를 올려놓는 스템과, 상기 반도체 압
력센서칩의 측부근처 및 상기 대좌의 측부를 덮고, 스템상에 몰드된 외장수지를 구비한 반도체 압력센서로서, 상기 반도체 압력센서칩, 대좌 및 외장수지의 열팽창율을 각각 α1,α2,α3로 하고, α3α1α2가 되는 재료로 구성하며, 반도체 압력센서가 고온에서 상온으로 되돌아 왔을때, 상기 반도체 압력센서칩이 상기 대좌로부터 받는 인장력과, 상기 반도체 압력센서칩이 상기 외장수지로부터 받는 압축력이 서로 상쇄되도록 상기 대좌 및 상기 반도체 압력센서칩의 체적을 조절하였으므로, 반도체 압력센서칩이 변형되지 않고, 정도가 높은 압력측정을 할 수 있다는 효과가 있다.
이 발명에 관한 반도체 압력센서는, 표면에 피에조 저항체가 설치되고, 이면에 다이어프램부가 형성된 반도체 압력센서칩과, 이 반도체 압력센서칩을 올려놓는 대좌와, 이 대좌를 올려놓는 스템과, 상기 반도체 압력센서칩의 측부근처 및 상기 대좌의 측부를 덮어 스템상에 몰드된 외장수지를 구비란 반도체 압력센서로서, 상기 스템과 상기 외장수지와의 접합면에, 접합면적 확대수단을 마련하였으므로, 스템과 외장수지와의 접합을 확실하게 하고 내부에 수분등이 침입하는 것을 방지하여 내부배선등의 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 효과를 나타낸다.
이 발명에 관한 반도체 압력센서의 제조방법은, 반도체 압력센서칩 표면의 피에조 저항체 및 다이어프램부의 외주에 둑을 설치해 이 반도체 압력센서칩, 대좌 및 스템을 접착해 상기 반도체 압력센서칩의 전극과 상기 스템에 설치된 외부접속용 리드를 전기적으로 접속하고 이어서 상기 둑으로부터 외측에 상기 반도체 압력센서칩의 측부근처, 상기 대좌의 측부, 상기 외부접속용 리드의 반도체 압력센서칩측의 돌출부를 덮어서 외장수지로 몰드하므로, 반도체 압력센서칩의 다이어프램부에 외장수지가 유입하는 것을 방지할 수 있고, 외장수지와 각 구성물품과의 밀착성이 향상되어, 신뢰성이 높은 반도체 압력센서를 제조할 수 있다는 효과를 나타낸다.

Claims (19)

  1. 표면과 이면이 있는 반도체 압력센서칩과, 상기 반도체 압력센서칩의 표면에 형성된 적어도 하나의 피에조 저항체와, 상기 반도체 압력센서칩의 이면에 형성된 다이어프램부와, 상기 반도체 압력센서칩을 올려놓는 대좌와, 상기 대좌를 올려놓는 스템과, 상기 반도체 입력센서칩의 측부근처의 영역 및 상기 대좌의 측부를 덮고, 상기 스템상에 몰드된 외장수지와, 상기 외장수지가 상기 다이어프램부에 흘러들어가는 것을 방지하기 위하여 상기 반도체 압력센서칩의 표면외주에 형성된 둑으로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 압력센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 둑이 와이어 접합면을 제외하고 상기 반도체 압력센서칩의 표면에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 압력센서.
  3. 표면과 이면이 있는 반도체 압력센서과, 상기 반도체 압력센서칩의 표면에 형성된 적어도 하나의 피에조 저항체와, 상기 반도체 압력센서칩의 이면에 형성된 다이어프램부와, 상기 반도체 압력센서칩을 올려놓는 대좌와 상기 대좌를 올려놓는 스템가, 상기 반도체 센서칩의 측부근처의 영역 및 상기 대좌의 측부를 덮고 상기 스템상에 몰드된 외장수지로 구성되고, 상기 반도체 압력센서칩, 상기 대좌, 상기 외장수지는 열팽창율을 각각 α1,α2,α3로 표시할때 α2α0α|1을 만족하는 재료로 형성되고, 반도체 압력센서의 온도가 고온으로부터 상온으로 되돌아갈때, 상기 반도체 압력센서칩이 상기 대좌로부터 받는 인장력과, 상기 반도체 압력센서칩이 상기 외장수지로부터 받은 압축력이 상쇄되도록 상기 대좌 및 상기 반도체 압력센서칩의 최적을 조절한 것을 특징으로 하는 반도체 압력센서.
  4. 표면과 이면이 있는 반도체 압력센서과, 상기 반도체 압력센서칩의 표면에 형성된 적어도 하나의 피에조 저항체와, 상기 반도체 압력센서칩의 이면에 형성된 다이어프램부와, 상기 반도체 압력센서칩을 올려놓는 대좌와 상기 대좌를 올려놓는 스템과, 상기 반도체 압력센서칩의 측부근처 및 상기 대좌의 측부를 덮도록 상기 스템상에 몰드된 외장수지와, 상기 스템이 상기 외장수지와 접합피는 면에 설치된 접합면적확대수단과, 상기 외장수지가 상기 다이어프램부에 홀러들어가는 것을 방지하기 위하여 상기 반도체 압력센서칩의 표면 외주에 형성된 둑으로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 압력센서.
  5. 제4항에 있어서 상기 접합면적확대수단은 상기 스템이 상기 외장수지와 접합하는 면의 상기 스템상에 설치된 돌기인 것을 특징으로 하는 반도체 압력센서.
  6. 제4항에 있어서, 상기 접합면적확대수단은 상기 스템상 면을 측방으로 돌출시켜 형성한 돌기인 것을 특징으로 하는 반도체 압력센서.
  7. 제4항에 있어서, 상기 접합면적확대수단은 상기 스템의 상면에 설치된 오목부인 것을 특징으로 하는 반도체 압력 센서.
  8. 제4항에 있어서, 상기 접합면적확대수단은 상기 스템의 측부에 설치된 오목부인 것을 특징으로 하는 반도체 압력 센서.
  9. 제4항에 있어서, 상기 접합면적확대수단은 상기 스템의 상면에 설치된 조면(rooghend surface)인 것을 특징으로 하는 반도체 압력센서.
  10. 제4항에 있어서, 상기 스템과 상기 외장수지를 통하여 형성된 리드를 더 구성하며, 상기 리드는 각 리드의 선단부에 형성된 태경부(Large diameter portion)로 구성하는 것을 특징으로 하는 반도체 압력센서.
  11. 제4항에 있어서, 세경부(Small diamter portion)는 상기 대좌의 측부에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 압력 센서.
  12. 표면과 이면이 있는 반도체 압력센서칩과, 상기 반도체 압력센서칩의 표면에 형성된 적어도 하나의 피에조 저항체와, 상기 반도체 압력센서칩의 이면에 형성된 다이어프램부와, 상기 반도체 압력센서칩을 올려놓는 대좌와, 상기 대좌를 올려놓는 스템과, 상기 반도체 압력센서칩의 측부근처 및 상기 대좌의 측부를 덮도록 상기 스템상에 몰드된 외장수지와, 상기 스템이 상기 외장수지와 접합하는 면에 설치된 접합면적확대수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 압력센서.
  13. 제12항에 있어서, 상기 접합면적확대수단은 상기 스템이 상기 외장수지와 접합하는 면의 스템상에 설치된 돌기인 것을 특징으로 하는 반도체 압력센서.
  14. 제12항에 있어서, 상기 접합면적확대수단은 상기 스템 상면을 측방으로 돌출시켜 형성한 돌기인 것을 특징으로 하는 반도체 압력센서.
  15. 제12항에 있어서, 상기 접합면적확대수단은 상기 스템의 상면에 설치된 오목부인 것을 특징으로 하는 반도체 압력 센서.
  16. 제12항에 있어서, 상기 접합면적확대수단은 상기 스템의 측부에 설치된 오목부인 것을 특징으로 하는 반도체 압력 센서.
  17. 제12항에 있어서, 상기 접합면적확대수단은 상기 스템의 상면에 설치된 조면인 것을 특징으로 하는 반도체 압력 센서.
  18. 제12항에 있어서, 상기 스템과 상기 외장수지를 통하여 형성된 리드를 더 구성하며, 상기 리드는 각 리드의 선단부에 형성된 태경부(Large diameter portion)로 구성하는 것을 특징으로 하는 반도체 압력 센서.
  19. 제12항에 있어서, 세경부(Small diameter portion)는 상기 대좌의 측부에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 압력 센서.
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