| 【発明の名称】 |
半導体圧力センサ |
| 【発明者】 |
【氏名】有井 康孝
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| 【要約】 |
【課題】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。
【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をパッケージ３に固定してなる半導体圧力センサにおいて、台座２の外周部とパッケージ３に嵌合構造２２、３４を形成し、両者の間に熱硬化物９を介在させた状態で嵌合構造２２、３４により嵌合させ、熱硬化物９に熱を加えて硬化させることにより、台座２とパッケージ３を固定するようにした。 |
【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、該台座をパッケージに固定してなる半導体圧力センサにおいて、前記台座の外周部と前記パッケージに嵌合構造を形成し、両者の間に熱硬化物を介在させた状態で前記嵌合構造により嵌合させ、前記熱硬化物に熱を加えて硬化させることにより、台座とパッケージを固定す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】 前記台座の外周部に突起部を設け、前記パッケージの台座を収納する内側面には、所定位置に凹部を設けるとともに、半導体基板との接合面側から前記凹部にかけて前記突起部を案内する溝部を設け、該突起部と凹部との嵌合により、前記嵌合構造を構成す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】 前記台座の外周面とパッケージの台座を収納する内側面とに、互いに螺合する螺合構造を形成し、該螺合構造により前記嵌合構造を構成す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結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４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、該台座をパッケージに固定してなる半導体圧力センサにおいて、前記台座の外周部と前記パッケージに嵌合構造を形成し、両者の間に熱硬化物を介在させた状態で前記嵌合構造により嵌合させ、前記熱硬化物に熱を加えて硬化させることにより、台座とパッケージを固定す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、前記台座の外周部に突起部を設け、前記パッケージの台座を収納する内側面には、所定位置に凹部を設けるとともに、半導体基板との接合面側から前記凹部にかけて前記突起部を案内する溝部を設け、該突起部と凹部との嵌合により、前記嵌合構造を構成す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、前記台座の外周面とパッケージの台座を収納する内側面とに、互いに螺合する螺合構造を形成し、該螺合構造により前記嵌合構造を構成するようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
【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４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。
【００１３】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。本実施形態は、図４に示した半導体圧力センサの台座２の外周部に円柱状の突起部２２を設け、パッケージ３の台座２を収納する部分の内側面には、所定位置に形成した凹部３４と、半導体基板１との接合面側から凹部３４にかけて突起部２２を案内する溝部３４ａを設けている。突起部２２は、台座２の外周部に少なくとも１つは形成され、個数や形成位置は限定されない。また、形状も円柱状に限定されない。溝部３４ａは突起部２２が通過できる幅と深さを有したものであり、図２に示すように、半導体基板１との接合面側からパッケージ３のダイ３１の方向に形成され、突起部２２が形成されている高さと同位置で折れ曲がった形状になっている。
【００１４】半導体基板１の固定された台座２をパッケージ３に固定する場合、台座２の突起部２２がパッケージ３の溝部３４ａを通るように台座２をパッケージ３の収納部に挿入し、その後水平方向に移動させることにより、凹部３４まで案内する。その後、台座２の外周面とパッケージ３の台座２を収納する部分の内側面との間に、例えば、水ガラス等の熱硬化物９を注入して介在させるようにし、熱硬化物９に熱を加えて硬化させることにより、台座２とパッケージ３とを固定するようにしている。
【００１５】なお、熱硬化物９としては、水ガラスの替りに、接着剤等を用いても良い。また、パッケージ３のダイ３１と台座２との間には、Ｏリング１０が設けられており、ダイアフラム１１内部の気密性を保持する役割を果たしている。
【００１６】本実施形態によれば、台座２とパッケージ３との固定を、台座２とパッケージ３のダイ３１の間の半田接合により行うのではなく、台座の外周部に形成された突起部２２とパッケージ３の台座２を収納する部分の内側面に形成された凹部３４との嵌合及び、水ガラス等の熱硬化物９を用いて行っているので、半田の熱収縮による応力が発生せず、台座２のクラック発生を防止することができる。
【００１７】図３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。本実施形態は、台座２の外周面とパッケージ３の台座２を収納する部分の内側面の各々に、互いに螺合するネジ山２３、３５を形成したものである。本実施形態において、台座２をパッケージ３に固定する場合には、まず、台座２の外周面に熱硬化物９を塗布し、次に、台座２をパッケージ３の台座２を収納する部分の内側面にねじ込み、ネジ山２３、３５を螺合させ、その後、熱を加えて熱硬化物９を硬化させる。
【００１８】なお、本実施形態においても、熱硬化物９としては、水ガラスの替りに、接着剤等を用いても良い。また、パッケージ３のダイ３１と台座２との間には、Ｏリング１０が設けられており、ダイアフラム１１内部の気密性を保持する役割を果たしている。
【００１９】本実施形態によれば、台座２とパッケージ３との固定を、台座２とパッケージ３のダイ３１の間の半田接合により行うのではなく、台座２の外周面とパッケージ３の台座２を収納する部分の内側面との螺合及び、水ガラス等の熱硬化物９を用いて行っているので、半田の熱収縮による応力が発生せず、台座２のクラック発生を防止することができる。
【００２０】
【発明の効果】以上のように、請求項１乃至請求項３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、該台座をパッケージに固定してなる半導体圧力センサにおいて、前記台座の外周部と前記パッケージに嵌合構造を形成し、両者の間に熱硬化物を介在させた状態で前記嵌合構造により嵌合させ、前記熱硬化物に熱を加えて硬化させることにより、台座とパッケージを固定するようにしたので、台座とパッケージとの固定を、台座とパッケージのダイの間の半田接合により行うのではなく、前記台座の外周部と前記パッケージとの間の嵌合構造及び熱硬化物を用いて固定するようにしており、半田の熱収縮による応力が発生せず、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２月２６日（１９９９．２．２６） |
| 【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２０００−２４９６１１（Ｐ２０００−２４９６１１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年９月１４日（２０００．９．１４） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−４９９５４ |
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