JP2000214033A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims abstract description 77
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- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 12
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Landscapes
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- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【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。
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。
Description
【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。
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。
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。
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。
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１
２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。
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１
２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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
【図１】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。
サの概略構成を示す断面図である。
【図２】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。
サの概略構成を示す断面図である。
【図３】従来例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。
す断面図である。
１ シリコンチップ ２ 台座 ３ パッケージ ４ 金属薄膜層 ５ メッキ層 ６ 半田 ７ リード ８ ワイヤ １１ ダイアフラム １２ ピエゾ抵抗 １３ 電極パッド ２１ 圧力導入孔 ３１ ダイ ３２ 圧力導入管 ３３ 圧力変化 ６０ 半田 ６１ 半田 ６２ 半田
Claims (2)
- 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1974099A JP2000214033A (ja) | 1999-01-28 | 1999-01-28 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1974099A JP2000214033A (ja) | 1999-01-28 | 1999-01-28 | 半導体圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000214033A true JP2000214033A (ja) | 2000-08-04 |
Family
ID=12007745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1974099A Pending JP2000214033A (ja) | 1999-01-28 | 1999-01-28 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000214033A (ja) |
-
1999
- 1999-01-28 JP JP1974099A patent/JP2000214033A/ja active Pending
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