JPH0337536A - 半導体圧力変換器の製造方法 - Google Patents
半導体圧力変換器の製造方法Info
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- JPH0337536A JPH0337536A JP17165989A JP17165989A JPH0337536A JP H0337536 A JPH0337536 A JP H0337536A JP 17165989 A JP17165989 A JP 17165989A JP 17165989 A JP17165989 A JP 17165989A JP H0337536 A JPH0337536 A JP H0337536A
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- Japan
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- pressure
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- silicon
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は自動車をはしめ広い産業分野にて圧力の検出ま
たは測定に用いられている圧力変換器、特にシリコン感
圧ダイアフラムチップを金属容器内に封入してなる半導
体圧力変換器の製造方法に関する。
たは測定に用いられている圧力変換器、特にシリコン感
圧ダイアフラムチップを金属容器内に封入してなる半導
体圧力変換器の製造方法に関する。
半導体圧力変換器の一般的な基本構造としては、シリコ
ン感圧ダイアフラムチップを等しい熱膨張係数をもつ、
例えば、シリコンブロックからなる台座を介して容器に
接合する方法がとられている。
ン感圧ダイアフラムチップを等しい熱膨張係数をもつ、
例えば、シリコンブロックからなる台座を介して容器に
接合する方法がとられている。
これはチップを支持する台座とチップとの間の熱膨張係
数の差による歪がダイアフラムを変形させて、あたかも
測定圧力によるダイアフラムの変形と同等の結果を生し
るのを防ぐためである。第３図は熱膨張係数の等しいシ
リコンブロックからなる台座を用いた従来の半導体圧力
変換器の構造の一例で、シリコン感圧ダイアフラムチッ
プ１は、被測定圧力導入孔２ａを有するシリコンブロッ
クからなる台座２の上部に接合され、この台座２は被測
定圧力を導入する導圧パイプ３の上部に接合さ一 れる。導圧パイプ３の材料は前述の理由により熱膨張係
数が台座２に近似的に等しいことが望ましい。シリコン
感圧ダイアフラムチップ１の出力信号の増巾、温度補償
等の処理のための電子回路を搭載した厚膜ＩＣ基板が取
付台６を介して、同様、容器底部４に接合される。厚膜
ＩＣ基板５の電子回路は外部端子８へ接続用金属片９を
はんだ付する方法あるいはアルごニウム線等のボンディ
ングにて接続される。外部端子８はガラス環１０を介し
て容器底部４の外へ引出される。またシリコン感圧ダイ
アフラムチップ１を含む電子回路は容器蓋部１１を容器
底部４に溶接等にて接合することにより外部より保護さ
れている。容器底部４と容器蓋部１１により形威される
空間部１２は圧力測定または検出の用途によって、即ち
絶対圧測定か相対圧測定かによって密閉、開放の両方式
がとられる。絶対圧測定には、空間部１２を基準の圧力
室とし、真空または所定の圧力に図外の手段により保ち
気密に封しる。相幻圧の測定には、例えば、容器蓋部１
１に孔を明は空間部１２を大気開放とする。
数の差による歪がダイアフラムを変形させて、あたかも
測定圧力によるダイアフラムの変形と同等の結果を生し
るのを防ぐためである。第３図は熱膨張係数の等しいシ
リコンブロックからなる台座を用いた従来の半導体圧力
変換器の構造の一例で、シリコン感圧ダイアフラムチッ
プ１は、被測定圧力導入孔２ａを有するシリコンブロッ
クからなる台座２の上部に接合され、この台座２は被測
定圧力を導入する導圧パイプ３の上部に接合さ一 れる。導圧パイプ３の材料は前述の理由により熱膨張係
数が台座２に近似的に等しいことが望ましい。シリコン
感圧ダイアフラムチップ１の出力信号の増巾、温度補償
等の処理のための電子回路を搭載した厚膜ＩＣ基板が取
付台６を介して、同様、容器底部４に接合される。厚膜
ＩＣ基板５の電子回路は外部端子８へ接続用金属片９を
はんだ付する方法あるいはアルごニウム線等のボンディ
ングにて接続される。外部端子８はガラス環１０を介し
て容器底部４の外へ引出される。またシリコン感圧ダイ
アフラムチップ１を含む電子回路は容器蓋部１１を容器
底部４に溶接等にて接合することにより外部より保護さ
れている。容器底部４と容器蓋部１１により形威される
空間部１２は圧力測定または検出の用途によって、即ち
絶対圧測定か相対圧測定かによって密閉、開放の両方式
がとられる。絶対圧測定には、空間部１２を基準の圧力
室とし、真空または所定の圧力に図外の手段により保ち
気密に封しる。相幻圧の測定には、例えば、容器蓋部１
１に孔を明は空間部１２を大気開放とする。
第４図は第３図のシリコン感圧ダイアフラムチン１１１
台座２及び導圧パイプ３の接合部分を示す断面図で、シ
リコン感圧ダイアフラムチップ１と台座２との接合は、
高度の気密を信頼性高く保持するためにこれらの接合面
に金系統のメタライズ２１を施し金−錫はんだ２２を用
いてはんだ付を行う。台座２と導圧パイプ３の接合も、
同様、接合面に金系統のメタライズ２１を施し金−錫は
んだ２２ではんだ付をする。
台座２及び導圧パイプ３の接合部分を示す断面図で、シ
リコン感圧ダイアフラムチップ１と台座２との接合は、
高度の気密を信頼性高く保持するためにこれらの接合面
に金系統のメタライズ２１を施し金−錫はんだ２２を用
いてはんだ付を行う。台座２と導圧パイプ３の接合も、
同様、接合面に金系統のメタライズ２１を施し金−錫は
んだ２２ではんだ付をする。
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら、前述のシリコン感圧ダイアフラムチップ
と台座、及び台座と導圧パイプとの接合においては、各
接合面に貴金属を主体としたメタライズを行う必要があ
り、コストがかかる問題がある。また、シリコンブロッ
クからなる台座を別部品とするため、部品が増加すると
ともに接合個所がシリコン感圧ダイアフラムチソプー台
座、台座−導圧バイブと２個所になり、同様、コストが
かかる問題を生している。
と台座、及び台座と導圧パイプとの接合においては、各
接合面に貴金属を主体としたメタライズを行う必要があ
り、コストがかかる問題がある。また、シリコンブロッ
クからなる台座を別部品とするため、部品が増加すると
ともに接合個所がシリコン感圧ダイアフラムチソプー台
座、台座−導圧バイブと２個所になり、同様、コストが
かかる問題を生している。
本発明の課題は前述の問題点を解決して、貴金属を主体
としたメタライズの必要がなく、かつ接合個所を減少し
た半導体圧力変換器の製造方法を提供するものである。
としたメタライズの必要がなく、かつ接合個所を減少し
た半導体圧力変換器の製造方法を提供するものである。
前述の課題を解決するために、本発明のシリコン感圧ダ
イアフラムチップに被測定圧力を供給する導圧パイプが
ほぼ中央部を貫通して取り、付けられた容器底部と、容
器蓋部とが気密接合されて構成される金属容器内に、圧
力導入孔を有する台座を介して前記導圧パイプに接合さ
れたシリコン感圧ダイアフラムチップを封入してなる半
導体圧力変換器においては、前記台座と導圧パイプとを
シリコン半導体の熱膨張係数に近似的に等しい材料で一
体構造とし、この台座の接合面にガラス膜を形威し、こ
のガラス膜とシリコン感圧ダイアフラムチップと前記台
座とを加熱すると共に前記ガラス膜を形成した台座とシ
リコン感圧ダイアフラムチ・７ブとの間に直流電圧を印
加して静電接合するように４゛る。
イアフラムチップに被測定圧力を供給する導圧パイプが
ほぼ中央部を貫通して取り、付けられた容器底部と、容
器蓋部とが気密接合されて構成される金属容器内に、圧
力導入孔を有する台座を介して前記導圧パイプに接合さ
れたシリコン感圧ダイアフラムチップを封入してなる半
導体圧力変換器においては、前記台座と導圧パイプとを
シリコン半導体の熱膨張係数に近似的に等しい材料で一
体構造とし、この台座の接合面にガラス膜を形威し、こ
のガラス膜とシリコン感圧ダイアフラムチップと前記台
座とを加熱すると共に前記ガラス膜を形成した台座とシ
リコン感圧ダイアフラムチ・７ブとの間に直流電圧を印
加して静電接合するように４゛る。
一
本発明の半導体圧力変換器の製造方法においては、台座
と導圧パイプとをシリコン半導体の熱膨張係数に近似的
に等しい材料で一体構造として、この台座、導圧パイプ
間の接合個所をなくすとともにシリコン感圧ダイアフラ
ムチ・ンプと台座との間の接合は、静電接合により行っ
たので、従来、必要とされた接合面の貴金属を主体とし
たメタライズの工程を削減することができた。静電接合
は、通常、導体とガラスとの接合に使用されているもの
であるが、本発明においては、台座の接合面に厚さ１〜
１０μ川のガラス膜を形威し、その膜上に置かれたシリ
コン感圧ダイアフラムチ・ノブ及び台座を温度３００〜
５００°Ｃに加熱し、かつシリコン感圧ダイアフラムチ
ップと台座との間に直流電圧６００〜１０００ Ｖを印
加することにより静電接合を行ったが、この場合、ガラ
ス膜の厚さは１μｍ以下であるとピンホールが生じ易く
、逆に１０ρ以上ではクラックが発生しやすくなる、ま
た、静電接合は材料中のイオンの動きと接合境界面の電
界作用により結合するものであるが、温度３００°Ｃ以
下ではガラ６ ス膜中のＮａ” イオンの移動が接合ムこ不充分であり
、５００°Ｃ以上ではシリコン感圧ダイアフラムチップ
に用いているアルミニウム電極の拡散あるいは熱歪が生
しる、さらにまた、印加電圧はガラス膜３１の膜厚に応
して高める必要があり、本例の膜厚１〜１０ｎの場合は
６００■以下では充分な接合が得られない場合があり、
逆に１０００ Ｖ以上では、接合時に部分放電を起して
シリコン感圧ダイアフラムチップを損傷する恐れがある
。以上を総合して、ガラス膜の厚さｌ〜１０Ｉ＃、加熱
温度３００〜５００°Ｃ１印加直流電圧を６００〜１０
００ Ｖの条件で良好な静電結合が得られる。
と導圧パイプとをシリコン半導体の熱膨張係数に近似的
に等しい材料で一体構造として、この台座、導圧パイプ
間の接合個所をなくすとともにシリコン感圧ダイアフラ
ムチ・ンプと台座との間の接合は、静電接合により行っ
たので、従来、必要とされた接合面の貴金属を主体とし
たメタライズの工程を削減することができた。静電接合
は、通常、導体とガラスとの接合に使用されているもの
であるが、本発明においては、台座の接合面に厚さ１〜
１０μ川のガラス膜を形威し、その膜上に置かれたシリ
コン感圧ダイアフラムチ・ノブ及び台座を温度３００〜
５００°Ｃに加熱し、かつシリコン感圧ダイアフラムチ
ップと台座との間に直流電圧６００〜１０００ Ｖを印
加することにより静電接合を行ったが、この場合、ガラ
ス膜の厚さは１μｍ以下であるとピンホールが生じ易く
、逆に１０ρ以上ではクラックが発生しやすくなる、ま
た、静電接合は材料中のイオンの動きと接合境界面の電
界作用により結合するものであるが、温度３００°Ｃ以
下ではガラ６ ス膜中のＮａ” イオンの移動が接合ムこ不充分であり
、５００°Ｃ以上ではシリコン感圧ダイアフラムチップ
に用いているアルミニウム電極の拡散あるいは熱歪が生
しる、さらにまた、印加電圧はガラス膜３１の膜厚に応
して高める必要があり、本例の膜厚１〜１０ｎの場合は
６００■以下では充分な接合が得られない場合があり、
逆に１０００ Ｖ以上では、接合時に部分放電を起して
シリコン感圧ダイアフラムチップを損傷する恐れがある
。以上を総合して、ガラス膜の厚さｌ〜１０Ｉ＃、加熱
温度３００〜５００°Ｃ１印加直流電圧を６００〜１０
００ Ｖの条件で良好な静電結合が得られる。
第１図は本発明の製造方法を適用した半導体圧力変換器
の要部の断面図であり、１はシリコンダイアフラムチッ
プ、２は台座、３は導圧パイプであり、台座２及び導圧
パイプ３はシリコン半導体の熱膨張係数に近似的に等し
い材料で一体構造とし、台座兼導圧パイプ３０となって
いる。シリコン半導体の熱膨張係数約３Ｘ １０−６／
ｄｅｇに近似的に等しい材料としては、例えば、次の
ようにして得られる。すなわちＦｅ ： ５７％、Ｎｉ
：３０％、Ｃｏ：１３％の各微粉末を混合し、この混合
粉末を型に注入し、焼結成形する。このようにして得ら
れた材料の熱膨張係数は約３ Ｘ １０−６／ ｄｅｇ
であり、シリコン半導体のそれと近似的に等しい。
の要部の断面図であり、１はシリコンダイアフラムチッ
プ、２は台座、３は導圧パイプであり、台座２及び導圧
パイプ３はシリコン半導体の熱膨張係数に近似的に等し
い材料で一体構造とし、台座兼導圧パイプ３０となって
いる。シリコン半導体の熱膨張係数約３Ｘ １０−６／
ｄｅｇに近似的に等しい材料としては、例えば、次の
ようにして得られる。すなわちＦｅ ： ５７％、Ｎｉ
：３０％、Ｃｏ：１３％の各微粉末を混合し、この混合
粉末を型に注入し、焼結成形する。このようにして得ら
れた材料の熱膨張係数は約３ Ｘ １０−６／ ｄｅｇ
であり、シリコン半導体のそれと近似的に等しい。
この台座兼導圧パイプ３０の台座２の接合面にガラス膜
３１を形成し、その上にシリコン感圧ダイアフラムチッ
プ１を静電接合を用いて接合する。以下にその接合過程
を、第２図の接合個所をモデル化した説明図によって述
べる。まず、台座２の接合面にスパッタリング等の方法
によりｌ〜１０ｐＩ１１のガラス膜３１を形成する。こ
の場合、膜厚が１１ｔｍ以下であるとピンホールが生じ
易く、逆に１０μ以上ではクランクが発生しやすくなる
ので１〜１０−の膜厚が適当である。次に、この膜３１
上にシリコン感圧ダイアフラムチップ１を置き、台座２
及びシリコン感圧ダイアフラムチップ１を温度３００〜
５００°Ｃに加熱し、かつ、台座２とシリコン感圧ダイ
アフラムチップ１との間に、台座２を負、シリコン感圧
ダイアフラムチップＩをチップＩを正として、直流電圧
６００〜１０００ Ｖを印加する。このような条件にお
いては、台座２の表面のガラス膜３１中のＮａ０２が２
Ｎａ”と０２−に解離し、このＯトが陽電極、すなわ
ち、シリコン感圧ダイアフラムチップｌ側に移動する。
３１を形成し、その上にシリコン感圧ダイアフラムチッ
プ１を静電接合を用いて接合する。以下にその接合過程
を、第２図の接合個所をモデル化した説明図によって述
べる。まず、台座２の接合面にスパッタリング等の方法
によりｌ〜１０ｐＩ１１のガラス膜３１を形成する。こ
の場合、膜厚が１１ｔｍ以下であるとピンホールが生じ
易く、逆に１０μ以上ではクランクが発生しやすくなる
ので１〜１０−の膜厚が適当である。次に、この膜３１
上にシリコン感圧ダイアフラムチップ１を置き、台座２
及びシリコン感圧ダイアフラムチップ１を温度３００〜
５００°Ｃに加熱し、かつ、台座２とシリコン感圧ダイ
アフラムチップ１との間に、台座２を負、シリコン感圧
ダイアフラムチップＩをチップＩを正として、直流電圧
６００〜１０００ Ｖを印加する。このような条件にお
いては、台座２の表面のガラス膜３１中のＮａ０２が２
Ｎａ”と０２−に解離し、このＯトが陽電極、すなわ
ち、シリコン感圧ダイアフラムチップｌ側に移動する。
一方、シリコン感圧ダイアフラムチップ１のシリコンが
イオン化しｓｉ”が陰電極、すなわちガラスｌｌｌ３１
側に移動する。ガラス膜３１とその上に置かれたシリコ
ン感圧ダイアフラムチップｌとの境界面において、この
間に生じる電界の作用によりＳｉ”と２０２−が結合し
てＳｉＯ□が形成され、強い接合が得られる。ここで加
熱温度が３００°Ｃ以下ではＮ１イオンの移動が接合に
不充分であり、また、５００°Ｃ以上ではシリコン感圧
ダイアフラムチップに用いているアルミニウム電極の拡
散あるいは熱歪が生じ好ましくない。また、印加電圧は
ガラス膜３１の膜厚に応じて高くする必要があり、膜厚
１〜１０如の場合は６００ Ｖ以下では充分な接合が得
られない場合が生じ、逆にｔｏｏｏ ｖ以上では、接合
時に、部分放電を起して、シリコン感圧ダイアフラムチ
ップを損傷する恐れがあり好ましくない。なお、ガラス
膜３１の材料はシリコン半導体の熱膨張係数と近似的に
等しい熱膨張係数を有することが望ましく、例えば、市
販のコーニング社製パイレックスガラス＃ ７７４０を
用いるようにする。
イオン化しｓｉ”が陰電極、すなわちガラスｌｌｌ３１
側に移動する。ガラス膜３１とその上に置かれたシリコ
ン感圧ダイアフラムチップｌとの境界面において、この
間に生じる電界の作用によりＳｉ”と２０２−が結合し
てＳｉＯ□が形成され、強い接合が得られる。ここで加
熱温度が３００°Ｃ以下ではＮ１イオンの移動が接合に
不充分であり、また、５００°Ｃ以上ではシリコン感圧
ダイアフラムチップに用いているアルミニウム電極の拡
散あるいは熱歪が生じ好ましくない。また、印加電圧は
ガラス膜３１の膜厚に応じて高くする必要があり、膜厚
１〜１０如の場合は６００ Ｖ以下では充分な接合が得
られない場合が生じ、逆にｔｏｏｏ ｖ以上では、接合
時に、部分放電を起して、シリコン感圧ダイアフラムチ
ップを損傷する恐れがあり好ましくない。なお、ガラス
膜３１の材料はシリコン半導体の熱膨張係数と近似的に
等しい熱膨張係数を有することが望ましく、例えば、市
販のコーニング社製パイレックスガラス＃ ７７４０を
用いるようにする。
本発明によれば、台座とシリコン感圧ダイアフラムとの
静電接合により接合、面の高価な貴金属を主体としたメ
タライズの工程を削減し、かつ、台座と導圧パイプとを
一体構造とすることにより部品の削減と接合個所の減少
が得られ、コストが大きく下がる。自動車に使用される
半導体圧力変換器の例では、本発明の適用によってコス
トが約１０％低下した。
静電接合により接合、面の高価な貴金属を主体としたメ
タライズの工程を削減し、かつ、台座と導圧パイプとを
一体構造とすることにより部品の削減と接合個所の減少
が得られ、コストが大きく下がる。自動車に使用される
半導体圧力変換器の例では、本発明の適用によってコス
トが約１０％低下した。
第１図では本発明の製造方法を適用した半導体圧力変換
器の要部すなわち、シリコン感圧ダイアフラムチップと
台座との接合部の断面図、第２図は第１図の接合個所を
モデル化した接合過程の説１〇− 切回、第３図は従来の半導体圧力変換器の断面図、第４
図は第２図の半導体圧力変換器のシリコン感圧ダイアフ
ラムチップと台座、及び、台座と導圧パイプとの接合部
の断面図である。 １：シリコン感圧ダイアフラムチップ、２；台座、３：
導圧パイプ、３０：台座兼導圧パイプ（−体構造）、３
１ニガラス膜、４０：直流電源。 ２７７−
器の要部すなわち、シリコン感圧ダイアフラムチップと
台座との接合部の断面図、第２図は第１図の接合個所を
モデル化した接合過程の説１〇− 切回、第３図は従来の半導体圧力変換器の断面図、第４
図は第２図の半導体圧力変換器のシリコン感圧ダイアフ
ラムチップと台座、及び、台座と導圧パイプとの接合部
の断面図である。 １：シリコン感圧ダイアフラムチップ、２；台座、３：
導圧パイプ、３０：台座兼導圧パイプ（−体構造）、３
１ニガラス膜、４０：直流電源。 ２７７−
Claims (1)
- （１）シリコン感圧ダイアフラムチップに被測定圧力を
供給する導圧パイプがほぼ中央部を貫通して取り付けら
れた容器底部と、容器蓋部とが気密接合されて構成され
る金属容器内に、圧力導入孔を有する台座を介して前記
導圧パイプに接合されたシリコン感圧ダイアフラムチッ
プを封入してなる半導体圧力変換器において、 前記台座と導圧パイプとをシリコン半導体の熱膨張係数
に近似的に等しい材料で一体構造とし、この台座の接合
面にガラス膜を形成し、このガラス膜とシリコン感圧ダ
イアフラムチップと前記台座とを加熱すると共に前記ガ
ラス膜を形成した台座とシリコン感圧ダイアフラムチッ
プとの間に直流電圧を印加して静電接合することを特徴
とする半導体圧力変換器の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17165989A JPH0337536A (ja) | 1989-07-03 | 1989-07-03 | 半導体圧力変換器の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17165989A JPH0337536A (ja) | 1989-07-03 | 1989-07-03 | 半導体圧力変換器の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0337536A true JPH0337536A (ja) | 1991-02-18 |
Family
ID=15927316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17165989A Pending JPH0337536A (ja) | 1989-07-03 | 1989-07-03 | 半導体圧力変換器の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0337536A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06273248A (ja) * | 1993-03-16 | 1994-09-30 | Hokuriku Electric Ind Co Ltd | 圧力センサとその製造方法 |
| JP2012500974A (ja) * | 2008-08-21 | 2012-01-12 | エススリーシー， インコーポレイテッド | センサデバイスパッケージ及び方法 |
-
1989
- 1989-07-03 JP JP17165989A patent/JPH0337536A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06273248A (ja) * | 1993-03-16 | 1994-09-30 | Hokuriku Electric Ind Co Ltd | 圧力センサとその製造方法 |
| JP2012500974A (ja) * | 2008-08-21 | 2012-01-12 | エススリーシー， インコーポレイテッド | センサデバイスパッケージ及び方法 |
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