| 【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、前記半田接合に用いる半田６の内、圧力導入孔２１の近傍の半田には、他の部分の半田よりヤング率と熱膨張係数の小さい半田６０を用いるようにした。 |
【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、前記半田接合に用いる半田の内、前記圧力導入孔の近傍の半田には、他の部分の半田よりヤング率と熱膨張係数の小さい半田を用いるようにしたことを特徴とする半導体圧力センサ。
【請求項２】 前記半田接合に用いる半田の内、前記台座の外周部近傍の半田にも、ヤング率と熱膨張係数の小さい半田を用い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。
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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３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からの応力がシリコン基板からなるシリコンチップ１に接合された台座２を圧縮するように作用し、台座２にクラック等の割れが生じる原因になっている。実使用時に環境ストレス（例えば、高温から低温への温度変化、あるいは低温から高温への温度変化）が繰り返し加わった場合には、クラックが成長して、やがて所定の圧力に耐えられなくなり、破壊に至るといった問題があった。
【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、半田の熱収縮による台座の割れを防止し、信頼性の高い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、前記半田接合に用いる半田の内、前記圧力導入孔の近傍の半田には、他の部分の半田よりヤング率と熱膨張係数の小さい半田を用いるようにし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、前記半田接合に用いる半田の内、前記台座の外周部近傍の半田にも、ヤング率と熱膨張係数の小さい半田を用いるようにしたことを特徴とするものである。
【００１１】
【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３に示した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。
【００１２】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３に示した半導体圧力センサの台座２とパッケージ３のダイ３１との半田接合において、この半田接合に用いられる半田の内、台座２の圧力導入孔２１の近傍には、他の部分の半田６よりヤング率と熱膨張係数の小さい半田６０を用いるようにしている。また、台座２とパッケージ３のダイ３１との半田接合の際に、圧力導入孔２１の近傍には半田だまり６１が生じるが、半田だまり６１もヤング率と熱膨張係数の小さい半田で構成されている。例えば、半田６の材料としてＡｕ−Ｓｎ半田をを用いた場合には、ヤング率と熱膨張係数の小さい半田６０、６１としては、Ｓｎ−Ｓｂ半田等を用いれば良い。
【００１３】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が施されるが、半田６としてＡｕ−Ｓｎ半田が用いられる場合には、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メッキが施される。
【００１４】本実施形態によれば、台座２とパッケージ３のダイ３１との半田接合において、台座２の圧力導入孔２１の近傍には、他の部分の半田６よりヤング率と熱膨張係数の小さい半田６０を用いるようにしたので、圧力導入孔２１の近傍で半田だまり６１が生じても、台座２との熱膨張係数の差が小さくなり、しかもヤング率も小さいので、半田６０、６１から台座２に働く応力が小さくなり、台座２の割れが防止できる。
【００１５】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、第１の実施形態の半導体圧力センサにおいて、台座２とパッケージ３のダイ３１との半田接合に用いられる半田６の内、台座２の外周部近傍にも半田６よりヤング率と熱膨張係数の小さい半田６２を用いたものである。半田６２としては、半田６０、６１と同様のＳｎ−Ｓｂ半田でも良いし、Ｐｂ−Ｓｎ半田等としても良い。
【００１６】本実施形態によれば、台座２の外周部近傍にもヤング率と熱膨張係数の小さい半田６２を用いており、台座２に加わる応力が大きくなる台座２の周辺での応力を小さくでき、上述の第１の実施形態の効果に加えて、台座２に加わる応力をさらに小さくすることができる。
【００１７】
【発明の効果】以上のように、請求項１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、前記半田接合に用いる半田の内、前記圧力導入孔の近傍の半田には、他の部分の半田よりヤング率と熱膨張係数の小さい半田を用いるようにしたので、前記圧力導入孔の近傍で半田だまりが生じたとしても、台座との熱膨張係数の差が小さくなり、しかもヤング率も小さいので、半田から台座に働く応力が小さくなり、半田の熱収縮による台座の割れが防止でき、信頼性の高い半導体圧力センサが提供できた。
【００１８】請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、前記半田接合に用いる半田の内、前記台座の外周部近傍の半田にも、ヤング率と熱膨張係数の小さい半田を用いるようにしたので、台座に加わる応力が大きくなる台座の周辺での応力を小さくでき、請求項１記載の発明のものよりさらに、信頼性を高くすることができる。
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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２８日（１９９９．１．２８） |
| 【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２０００−２１４０３３（Ｐ２０００−２１４０３３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年８月４日（２０００．８．４） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１９７４０ |
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