JP2000214034A - 半導体圧力センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【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の半導体基
板１との接合面と反対側の面とパッケージ３のダイ３１
とを接合してなる半導体圧力センサにおいて、パッケー
ジ３には台座２を収納する凹部２２を形成するとともに
底面にダイ３１が設けられ、台座２の外側面とパッケー
ジ３の凹部３４の内側面及び台座２の底面とダイ３１の
上面とが当接するように台座２を凹部２２に嵌め込み、
ストッパー９により台座２をパッケージ３に固定するこ
とにより、台座２がパッケージ３のダイ３１とが接合さ
れるようにした。

Description

【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及びその製造方法に関
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２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。

【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及び
その製造方法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
サにおいて、前記パッケージには前記台座を収納する凹
部を形成するとともに底面に前記ダイが設けられ、前記
台座の外側面と前記パッケージの凹部の内側面及び台座
の底面とダイの上面とが当接するように台座をパッケー
ジの凹部に嵌め込み、ストッパーにより台座をパッケー
ジに固定することにより、台座がパッケージのダイとが
接合され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記載の半
導体圧力センサの製造方法であって、前記パッケージに
は前記台座を収納する凹部が形成され、該凹部の底面に
前記ダイが設けられ、前記台座の外側面と前記パッケー
ジの内側面及び台座の底面とダイの上面とが当接するよ
うに台座をパッケージに嵌め込み、ストッパーにより台
座をパッケージに固定し、その後、台座のダイとの接合
面とは反対側の面に、ダイアフラムを有する半導体基板
を接合させ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２記載の発
明において、前記ストッパーを溶接によりパッケージに
固定することにより、台座をパッケージに固定するよう
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２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。

【００１３】図１は本発明の一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、台座２の外径を、パッケージ３に形成された凹部３
４の内径と略等しくしておく。凹部３４の底面にはダイ
３１が設けられている。台座２をパッケージ３の凹部３
４に収納したときには、台座２の外側面とパッケージ３
の凹部３４の内側面とが当接するとともに、台座２の底
面とパッケージ３のダイ３１の上面とが当接するように
なる。

【００１４】また、台座２の上面側、つまり、パッケー
ジ３のダイ３１の上面と当接する面と反対側の面側に
は、シリコンチップ１が接合される部分より外側の外周
近傍に段部２２が形成されている。

【００１５】台座２をパッケージ３の凹部３４に収納し
た状態で、台座２に形成された段部２２にストッパー９
を嵌め込む。ストッパー９は段部２２の形状に合致する
ように形成されている。ここで、溶接等によりストッパ
ー９をパッケージ３に固定する。これにより、台座２が
パッケージ３に固定され、ダイ３１に接合されるのであ
る。

【００１６】本実施形態によれば、半田を用いることな
しに、台座２をパッケージ３に固定し、ダイ３１に接合
できるので、半田と台座２との物理的特性の相異が原因
で生じる台座２の割れを防止することができる。

【００１７】次に、本実施形態の半導体圧力センサの製
造方法を説明する。まず、パッケージ３には凹部３４を
形成しておき、台座２の外径を、パッケージ３に形成さ
れた凹部３４の内径と略等しくしておく。凹部３４の底
面にはダイ３１が位置するようにしておく。また、台座
２の上面側、つまり、パッケージ３のダイ３１の上面と
当接する面と反対側の面側には、シリコンチップ１が接
合される部分より外側の外周近傍に段部２２を設けてお
く。

【００１８】次に、台座２をパッケージ３の凹部３４に
収納する。この時、台座２の外側面とパッケージ３の凹
部３４の内側面とが当接するとともに、台座２の底面と
パッケージ３のダイ３１の上面とが当接するようにす
る。

【００１９】次に、台座２の段部２２の形状に合致する
ように形成されたストッパー９を段部２２に嵌め込み、
溶接等によりストッパー９をパッケージ３に固定する。

【００２０】次に、台座２のダイ３１との接合面とは反
対側の面に、ダイアフラム１１を有する半導体基板１を
陽極接合等により接合させる。なお、台座２の材料がシ
リコンの場合には、シリコン−シリコン接合を用いても
良い。

【００２１】

【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
力センサにおいて、前記パッケージには前記台座を収納
する凹部を形成するとともに底面に前記ダイが設けら
れ、前記台座の外側面と前記パッケージの凹部の内側面
及び台座の底面とダイの上面とが当接するように台座を
パッケージの凹部に嵌め込み、ストッパーにより台座を
パッケージに固定することにより、台座がパッケージの
ダイとが接合されるようにしたので、半田を用いること
なしに、台座をパッケージに固定し、ダイに接合できる
ので、半田と台座との物理的特性の相異が原因で生じる
台座の割れを防止することができ、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及
びその製造方法が提供できた。

【００２２】請求項２又は請求項３記載の発明によれ
ば、前記半導体圧力センサの製造方法であって、前記パ
ッケージには前記台座を収納する凹部が形成され、該凹
部の底面に前記ダイが設けられ、前記台座の外側面と前
記パッケージの内側面及び台座の底面とダイの上面とが
当接するように台座をパッケージに嵌め込み、ストッパ
ーにより台座をパッケージに固定し、その後、台座のダ
イとの接合面とは反対側の面に、ダイアフラムを有する
半導体基板を接合させるようにしたので、半田を用いる
ことなしに、台座をパッケージに固定し、ダイに接合で
きるので、半田と台座との物理的特性の相異が原因で生
じる台座の割れを防止することができ、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
サの製造方法が提供できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一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。

【図２】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。

【符号の説明】

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 ９ ストッパー 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 ２２ 段部 ３１ ダイ ３２ 圧力導入管 ３３ 圧力変化 ３４ 凹部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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おいて、前記パッケージには前記台
   座を収納する凹部を形成するとともに底面に前記ダイが
   設けられ、前記台座の外側面と前記パッケージの凹部の
   内側面及び台座の底面とダイの上面とが当接するように
   台座をパッケージの凹部に嵌め込み、ストッパーにより
   台座をパッケージに固定することにより、台座がパッケ
   ージのダイとが接合されるようにしたことを特徴とする
   半導体圧力センサ。
2. 【請求項２】 前記パッケージには前記台座を収納する
   凹部が形成され、該凹部の底面に前記ダイが設けられ、
   前記台座の外側面と前記パッケージの内側面及び台座の
   底面とダイの上面とが当接するように台座をパッケージ
   に嵌め込み、ストッパーにより台座をパッケージに固定
   し、その後、台座のダイとの接合面とは反対側の面に、
   ダイアフラムを有する半導体基板を接合させるようにし
   たことを特徴とする請求項１記載の半導体圧力センサの
   製造方法。
3. 【請求項３】 前記ストッパーを溶接によりパッケージ
   に固定することにより、台座をパッケージに固定するよ
   うにしたことを特徴とする請求項２記載の半導体圧力セ
   ンサの製造方法。