| 【発明の名称】 |
半導体圧力センサ |
| 【発明者】 |
【氏名】安田 正治
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| 【要約】 |
【課題】半田接合部分の半田の熱収縮があっても正確な圧力測定のできる半導体圧力センサを提供する。
【解決手段】ダイアフラム１１を有する半導体基板１とダイアフラム１１に圧力を導入するための圧力導入孔２１が形成された台座２とを接合し、台座２の半導体基板１との接合面と反対側の面に金属薄膜４を形成し、金属薄膜４の形成された面とパッケージ３のダイ３１とを半田接合してなる半導体圧力センサにおいて、前記半田接合個所に部分的に半田の接合されないボイド９を設けた。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ダイアフラムを有する半導体基板と前記ダイアフラムに圧力を導入するための圧力導入孔が形成された台座とを接合し、該台座の前記半導体基板との接合面と反対側の面に金属薄膜を形成し、該金属薄膜の形成された面とパッケージのダイとを半田接合してなる半導体圧力センサにおいて、前記半田接合個所に部分的に半田の接合されないボイドを設けたことを特徴とする半導体圧力センサ。
【請求項２】 前記台座の金属薄膜の形成された面に、部分的に半田と接合しない材料により薄膜を形成することによりボイドを設けるようにしたことを特徴とする請求項１記載の半導体圧力センサ。
【請求項３】 前記台座の金属薄膜の形成された面側に、部分的に凹部を設け、該凹部の側面と底面の内、少なくともいずれかの面に前記金属薄膜が形成されないようにすることにより、ボイドを設けるようにしたことを特徴とする請求項１記載の半導体圧力センサ。
【請求項４】 前記凹部の形状を逆テーパ状としたことを特徴とする請求項３記載の半導体圧力センサ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、台座を介してダイアフラムの形成された半導体基板とパッケージのダイとを接合してなる半導体圧力センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、産業上の様々な分野で圧力センサが用いられている。中でも、信頼性、コスト、小型軽量化の点から車載関係や家電製品等において半導体圧力センサの使用が急増している。
【０００３】この半導体圧力センサは、図６に示すように、ダイアフラム１１を形成したシリコンチップ（半導体基板）１の一方の面にピエゾ抵抗１２を形成した構造が使用される。このシリコンチップ１は台座２を介してパッケージ３のダイ３１に接合される。シリコンチップ１と台座２とは陽極接合により接合されており、台座２のシリコンチップ１との接合面と反対側の面とパッケージ３のダイ３１とは半田６により半田接合されている。これらの接合により、物理的に強固な接合を得ることができる。なお、台座２にはダイアフラム１１に圧力を導入するための圧力導入孔２１が形成されている。
【０００４】台座２はパッケージ３等からシリコンチップ１へ及ぼされる応力を緩和するためのものであり、材料としては、シリコンチップ１と熱膨張係数の近いガラスやシリコン基板が使用される。台座２のパッケージ３のダイ３１との接合面には半田と容易に共晶接合する材料からなる金属薄膜層４が形成され、ダイ３１の台座２との接合面は半田と容易に共晶接合する材料からなるメッキ層５が施されている。
【０００５】シリコンチップ１表面の電極パッド１３とリード７とは金又はアルミ製のワイヤ８で接続されている。シリコンチップ１の表面には、複数のピエゾ抵抗１２が拡散により形成されており、複数のピエゾ抵抗１２を互いに結線することによりホイートストンブリッジ回路を形成している。リード７から電流等をホイートストンブリッジ回路に供給し、ピエゾ抵抗１２の抵抗値の変化を電圧の変化として検出することにより、圧力導入管３２を介して伝わる圧力変化３３を電気的な信号の変化として取り出すことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述のような半導体圧力センサにあっては、上記の半田６による接合に際して、半田６の融点より高い温度で接合する必要がある。この温度では、半田６、パッケージ３のダイ３１、台座２、シリコンチップ１との間で互いに応力を及ぼし合うということはないが、融点より高い温度（一般的には２００℃より高温）であるため、半導体圧力センサを使用する温度まで冷却するにつれて、半田６とシリコンチップ１が接合された台座２との物理的な特性が異なるために、お互いに力を及ぼし合う状態となる。
【０００７】一般的には、シリコンチップ１や台座２よりも半田６の熱膨張係数の方が大きく、室温レベルにおいては半田６がシリコンチップ１や台座２よりも収縮している。そして、半田６の収縮に伴って、半田６が盛り上がり、シリコンチップ１と接合された台座２を下から突き上げるような力を及ぼし、その力の一部がシリコンチップ１に作用し、ダイアフラム１１に形成されたピエゾ抵抗１２自体を歪ませてしまう。従って、検出対象とする圧力媒体以外からの応力を受けた状態で半導体圧力センサを使用することになり、正確な圧力の検出ができないことになる。また、半導体圧力センサの使用温度が広くなれば、半田６からの応力が温度によって異なり、半導体圧力センサの温度特性に歪み（直線性の低下）を生じさせてしまうという問題があった。
【０００８】本発明は、上記の点に鑑みてなしたものであり、その目的とするところは、半田接合部分の半田の熱収縮があっても正確な圧力測定のできる半導体圧力センサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、ダイアフラムを有する半導体基板と前記ダイアフラムに圧力を導入するための圧力導入孔が形成された台座とを接合し、該台座の前記半導体基板との接合面と反対側の面に金属薄膜を形成し、該金属薄膜の形成された面とパッケージのダイとを半田接合してなる半導体圧力センサにおいて、前記半田接合個所に部分的に半田の接合されないボイドを設けたことを特徴とするものである。
【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記台座の金属薄膜の形成された面に、部分的に半田と接合しない材料により薄膜を形成することによりボイドを設けるようにしたことを特徴とするものである。
【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記台座の金属薄膜の形成された面側に、部分的に凹部を設け、該凹部の側面と底面の内、少なくともいずれかの面に前記金属薄膜が形成されないようにすることにより、ボイドを設けるようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記凹部の形状を逆テーパ状としたことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例を図面に基づき説明する。本発明の半導体圧力センサは、図６に示した従来の半導体圧力センサと基本的構成は同等であるので、同一個所には同一符号を付して説明を省略する。
【００１４】図１は本発明の第１の実施形態に係る半導体圧力センサの概略構成を示す断面図である。本実施形態では、図６に示した半導体圧力センサにおいて、台座２の金属薄膜層４を形成した面の圧力導入孔２１の開口部と外側エッジとの中間部分に、半田６と接合しない材料からなる薄膜９を形成している。薄膜９としては、例えば、半田６としてＡｕ−Ｓｎ半田を使用する場合には、Ａｌ等の薄膜とするのが良い。なお、半田６としてＡｕ−Ｓｎ半田を使用する場合には、金属薄膜層４としてはＡｕが用いられ、メッキ層５としてはＡｕメッキが用いられる。
【００１５】本実施形態によれば、薄膜９の部分では、台座２と半田６とが接着せず、台座２と半田６との接合面に部分的にボイドが形成されたことになる。従って、半田６が熱収縮した場合に、収縮した半田６がボイドの部分を埋めることになり、台座２を持ち上げるような作用が防止され、ピエゾ抵抗１２に及ぼす影響が緩和される。この状態で圧力導入管３２を介して伝わる圧力変化を検出できるので、媒体以外の要因を含まない正確な圧力の検出が可能となる。また、広範囲の温度で使用することのできるようになるのである。
【００１６】図２は本発明の第２の実施形態に係る半導体圧力センサの概略構成を示す断面図である。本実施形態では、図６に示した半導体圧力センサにおいて、台座２の金属薄膜層４を形成する面の圧力導入孔２１の開口部と外側エッジとの中間部分に、凹部となる溝２２を形成する。図３に示すように、金属薄膜層４は、溝２２の底面２２ｂには形成されるが、側面２２ａには形成されないようにしておく。
【００１７】本実施形態によれば、溝２２の側面２２ａには金属薄膜層４が形成されていないので、この部分では台座２と半田６とが接着せず、台座２と半田６との接合面に部分的にボイドが形成されたことになる。従って、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【００１８】図４は本発明の第３の実施形態に係る半導体圧力センサの概略構成を示す断面図である。本実施形態では、図６に示した半導体圧力センサにおいて、台座２の金属薄膜層４を形成する面の圧力導入孔２１の開口部と外側エッジとの中間部分に、凹部となる逆テーパ状の溝２３を形成する。図５に示すように、金属薄膜層４は、溝２３の底面２３ｂには形成されるが、側面２３ａには形成されないようにしておく。逆テーパ状の溝２３の形成方法としては、例えば、台座２の溝２３を形成したい個所に、予め凹凸構造を形成しておき、その後、ボロン等の不純物を注入して、フッ酸等でエッチングすることにより形成することができる。
【００１９】本実施形態によれば、溝２３の側面２３ａには金属薄膜層４が形成されていないので、この部分では台座２と半田６とが接着せず、台座２と半田６との接合面に部分的にボイドが形成されたことになる。従って、第１、第２の実施形態と同様の効果を奏する。
【００２０】なお、上記第２及び第３の実施形態では、溝２２、２３の側面２２ａ、２３ａに金属薄膜層４が形成されないようにしているが、底面２２ａ、２２ｂに金属薄膜層４が形成されないようにしても良いし、両面ともに金属薄膜層４が形成されないようにしても良い。
【００２１】
【発明の効果】以上のように、請求項１乃至請求項４記載の発明によれば、ダイアフラムを有する半導体基板と前記ダイアフラムに圧力を導入するための圧力導入孔が形成された台座とを接合し、該台座の前記半導体基板との接合面と反対側の面に金属薄膜を形成し、該金属薄膜の形成された面とパッケージのダイとを半田接合してなる半導体圧力センサにおいて、前記半田接合個所に部分的に半田の接合されないボイドを設けたので、温度変化により、前記半田接合における半田が熱収縮した場合でも前記ボイドで吸収されることになり、半田接合部分の半田の熱収縮があっても正確な圧力測定のできる半導体圧力センサが提供できた。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５８３２
【氏名又は名称】松下電工株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１月２６日（１９９９．１．２６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１１１５５６
【弁理士】
【氏名又は名称】安藤 淳二 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２１４０２６（Ｐ２０００−２１４０２６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年８月４日（２０００．８．４） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１６４０２ |
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