JPH04274371A - 半導体圧力センサの製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、感圧半導体チップのダ
イヤフラム部の一面側の空間が圧力基準室となり、他面
側に加えられる圧力の絶対圧を測定する半導体圧力セン
サの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体圧力センサは、半導体のピエゾ抵
抗効果を利用して圧力を電気信号に変換するもので、さ
らにＩＣプロセス技術を利用して周辺回路を含めた集積
化が試みられている。図２は三浦，　酒井により富士時
報６１巻５３７　ページ（１９８８　年）　に記述され
たワンチップ型圧力センサの一例で、半導体チップ１は
、２０〜１００　μｍに薄く成形されたダイヤフラム部
に感圧用の抵抗が、その周辺部に増幅，　温度補償等の
ための抵抗，　増幅器等よりなる集積回路がそれぞれ形
成されている。この半導体チップ１が熱膨脹係数の類似
している半導体あるいはガラス等からなる台座２の上に
はんだ等を用いて固着され、その台座２の開口部がガス
導入管２１に連通している。この導入管２１は容器ステ
ム２２にはんだで固着され、このステム２２とキャップ
３が結合されて基準圧力室４を形成している。調整抵抗
，　コンデンサ５等を搭載したセラミック基板６はスペ
ーサ２３を介してステム２２に固着され、チップ１上の
回路から電気信号がＡｌ導線７により基板６上の厚膜回
路に伝達される。厚膜回路の電源への接続あるいは出力
信号の外部への取出しはリード線２４を介して行われる
。圧力基準室４には封入管２５を通じてＨｅガスが封入
されている。

【０００３】図２に示す構造の絶対圧型圧力センサには
次の欠点がある。 （イ）　容器が金属で形成され、その上寸法も大きいの
で高価である。 （ロ）　導圧管に加わる圧力が高圧である場合、それに
よって生ずる引張応力に対応する固着強度をチップ１と
台座２、台座２と導圧管２１の間に確保しなければなら
ず、固着面積を大きくとる必要があり、高価になる。

【０００４】これに対する安価な構造として図３に示す
絶対圧型半導体圧力センサが特開平２−４５７２１　号
公報に記載されている。この半導体圧力センサは、感圧
チップ１を開口部のない台座２の上に静電接合法で固着
して、チップの凹部と台座によって生ずる空間を真空の
圧力基準室４とし、このチップ１と台座２をキャップ３
と容器を形成する厚膜回路基板６の開口部を閉塞する金
属薄板８の上に支持させたものである。チップ１の集積
回路と基板６の配線とはＡｌ導線７で接続されている。 測定圧力をもつ気体は、キャップ３に形成された導圧管
２１を通じてチップ１のダイヤフラムの上面に導かれる
。この場合は、測定圧力が高圧になってもチップ１と台
座２との間には圧縮力が加わるので、固着面積を大きく
する必要がない。

【０００５】図４は、さらに小型の安価な構造を示す。 この場合は台座２は容器ステム２２の上に接着剤などで
固着され、チップ１の上面に形成された回路とステム２
２を貫通するリード線２４とは導線７で接続されている
。チップ１には薄膜抵抗を用いた調整抵抗も搭載してい
る。容器はキャップ３によって閉塞され、測定圧力をも
つ気体は、キャップ３に明けられた導圧口２６を通じて
チップ１のダイヤフラムの上面に導かれる。図３，　図
４のように感圧チップ１の凹部と穴の明いてない台座２
とにより真空基準圧力室４を形成することにより、チッ
プ１のダイヤフラムの厚さを変えるだけで高圧を検出で
きる圧力センサとすることができ、系列化が容易になる
。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図３，　図４に示した
圧力センサでは、感圧チップ１のダイヤフラム部周辺部
に形成されたゲージ抵抗や集積回路の上面に導圧管２１
あるいは導圧口２６から容器内に入る気体が触れるため
、その気体に含まれる水蒸気の影響で集積回路の特性が
劣化する問題がある。本発明の目的は、この問題を解決
し、構造簡単で信頼性の高い半導体圧力センサの低いコ
ストでの製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、半導体素体が一面から凹部を形成して
なるダイヤフラムを有し、その素体の前記一面のダイヤ
フラム部に感圧用の抵抗が、ダイヤフラムの周辺部に集
積回路がそれぞれ設けられ、半導体素体は近似した熱膨
脹係数を有する材料からなる台座上に固定され、前記凹
部が台座によって閉塞されてなる密閉空間を基準圧力室
としてダイヤフラムの反凹部側の面上に導かれる気体と
の圧力差を検知する半導体圧力センサの製造方法におい
て、半導体素体を台座上に固定し、半導体素体上の集積
回路に導線を接続後、その導線がかくれる程度に半導体
素体上に液状樹脂を注入し、次いでその樹脂を一部を残
して排除し、残った樹脂を硬化させて樹脂膜を形成する
ものとする。その液状樹脂がシリコーン注封剤であるこ
とが有効である。そして、シリコーン注封剤硬化後、導
線がかくれる程度に半導体素体上にふっ素系被覆剤を注
入したのち、その被覆剤の一部を残して排除し、残った
被覆剤を硬化させることが有効である。さらには、予め
一面上をポリイミド膜で被覆した半導体素体を用いるこ
と、あるいは半導体素体を台座上に固定し、半導体素体
上の集積回路に導線を接続後、その素体一面上にポリイ
ミドを塗布し、硬化させたのち液状樹脂の注入を行うこ
とも有効である。

【０００８】

【作用】導圧管あるいは導圧口から入る気体の影響を防
ぐためにはゲージ抵抗や集積回路の表面を防水性のある
材料で被覆することが有効である。同時に集積回路に接
続される導線も被覆できれば導線の腐食も防止できる。 しかし厚い膜を被覆すれば、ダイヤフラムの変形に影響
が及び、センサ感度が劣化する。シリコーン注封剤のよ
うな防水性のある樹脂を液状で半導体素体上に導線がか
くれる程度に注入し、一部を残して排除したのち硬化さ
せれば、半導体素体および導線の表面に樹脂の被膜が形
成されるので、センサ感度を損なうことなく耐湿性が向
上する。さらに樹脂被膜としてシリコーン樹脂膜の上に
ふっ素系被覆剤の膜を重ねれば耐湿性がさらに向上し、
また半導体素体表面にポリイミド膜で被覆した場合には
半導体素体表面の安定性が増大する。

【０００９】

【実施例】図１は水蒸気を含んだ大気等の圧力測定用セ
ンサにおける本発明の実施例を示し、図２、図３，　図
４と共通の部分には同一の符号が付されている。

【００１０】この半導体圧力センサは、図３に示したセ
ンサと同様な構造をもち、印刷配線基板への装着が容易
で低価格型のものである。一面にゲージ抵抗およびＩＣ
の形成されているシリコンチップ１は、厚さ１〜５ｍｍ
のパイレックスガラスからなる台座２と３００　〜６０
０　℃の温度の真空中で６００　〜８００　Ｖの電圧を
印加することにより静電接着した。従ってチップ１の凹
部と台座で形成される圧力基準室４は真空排気状態であ
る。次にこの台座２を金属薄板８の上に接着剤等で接着
する。金属薄板８は、感度調整抵抗，　コンデンサ５等
を搭載したセラミック基板６に接着してある。このよう
に底板をセラミック基板６と金属薄板８により構成する
のは、チップ１の上面とセラミック基板６の上面の高さ
をほぼ同じ平面にそろえるためである。ほぼ同じ平面に
あるため、チップ１のＩＣと基板６上の配線とは、Ａｌ
線７のボンディングによる接続が容易にできる。次いで
アクリル系樹脂よりなるキャップ３を接着し、容器内部
の圧力を変えながらセラミック基板６上の容器外にある
抵抗のトリミングを行い感度調整を実施した。

【００１１】次に、導圧口２６となるキャップ３の穴か
らスプレー等を用いて液状樹脂を注入してチップ１およ
び導線７を塗布した。樹脂として商品名東芝シリコーン
ＴＳＥ３０５１　のようなポッティング剤　（注封剤）
　を用い、この圧力センサをプレッシャ・クッカー試験
に入れた場合には５時間程度で導線７の破断が発生した
。これに対し本発明による場合は、シリコーン・ポッテ
ィング剤を導線７がかくれるまで注入したのち、セラミ
ック基板６の面上およびチップ１の面上に液が５０〜５
００　μｍ残るように液の排出を行い硬化させた。これ
によりセラミック基板６，　チップ１の面上およびＡｌ
線７の上に樹脂膜９が生じた。この結果、導線７の切断
は５０時間まで発生しないことが確認できた。しかし、
チップ１の上のＡｌ配線が腐食し、断線することが、４
０〜５０時間の間に発生する確率が若干存在した。

【００１２】別の実施例では、図５に示すチップ１の上
に、例えば日立化成商品名ＲｉＸＬ１１０のポリイミド
樹脂からなる膜１０を２〜１０μｍの厚さに塗布し、加
熱硬化させたものを用い、上記の実施例と同様にシリコ
ーン・ポッティング剤の膜９を形成した。この結果、チ
ップ１上のＡｌの腐食はプレッシャ・クッカー試験１０
０　時間維持でなければ発生しなかった。

【００１３】また他の実施例では、チップ１の集積回路
と基板６上の配線とをＡｌ線７のボンディングで接続し
たのち、１００　〜１０００μｇのポリイミドをチップ
１上に滴下し、０．５　〜２．０　×１０３　ｒｐｍ　
で回転してポリイミド膜１０を形成し、２５０　〜３５
０　℃の温度で硬化した。そのあとは上記の実施例と同
様にシリコーン・ポッティング剤の膜９を形成した。こ
のようにして製作した圧力センサは１００　時間のプレ
ッシャ・クッカー試験でも問題なく、かつ非常に安定し
た特性を示した。これは、予めポリイミド膜１０を被覆
したチップ１を用いる場合のようにポリイミド膜に傷が
つくおそれがなく、かつワイヤボンディングのパッド部
を含めて全面的にポリイミド膜１０で覆われることによ
ると考えられる。

【００１４】図６は、図４に示した小型化したセンサに
おける実施例を示し、図１と共通の部分に付された同一
の符号からわかるように、チップ１およびＡｌ線７の上
にシリコーン・ポッティング剤により樹脂膜９が形成さ
れている。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、チップの凹部と台座の
間に生ずる空間を基準圧力室とした圧力センサの測定圧
力をもつ気体にさらされるチップ面および接続導線を液
状樹脂の注入と一部を残しての排除により形成される薄
い樹脂膜により覆うことによって気体中の水蒸気に対す
る耐湿性が向上し、信頼性の高い小型半導体圧力センサ
を安価で製造することが可能になった。そして樹脂膜を
シリコーン注封剤により作成し、あるいはさらにその上
にふっ素系被覆剤により膜を作成することにより耐湿性
の高い被膜が形成できる。また、チップ面上に予めポリ
イミド膜を形成することが表面の安定性をより向上させ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の圧力センサの断面図

【図２
】従来の圧力センサの一例の断面図

【図３】従来の圧力
センサの別の例の断面図

【図４】従来の圧力センサのさ
らに別の断面図

【図５】本発明の別の実施例における半
導体チップの断面図

【図６】本発明のさらに別の実施例の圧力センサの断面
図

【符号の説明】

１　　　　半導体チップ ２　　　　台座 ３　　　　キャップ ４　　　　圧力基準室 ５　　　　コンデンサ ６　　　　セラミック基板 ７　　　　Ａｌ線 ８　　　　金属薄板 ９　　　　樹脂膜 １０　　　　ポリイミド膜 ２２　　　　ステム ２６　　　　導圧口

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体素体が一面から凹部を形成してなる
   ダイヤフラムを有し、その素体の前記一面のダイヤフラ
   ム部に感圧用の抵抗が、ダイヤフラムの周辺部に集積回
   路がそれぞれ設けられ、半導体素体は近似した熱膨脹係
   数を有する材料からなる台座上に固定され、前記凹部が
   台座によって閉塞されてなる密閉空間を基準圧力室とし
   てダイヤフラムの反凹部側の面上に導かれる気体との圧
   力差を検知する半導体圧力センサの製造方法において、
   半導体素体を台座上に固定し、半導体素体上の集積回路
   に導線を接続後、その導線がかくれる程度に半導体素体
   上に液状樹脂を注入し、次いでその樹脂を一部を残して
   排除し、残った樹脂を硬化させて樹脂膜を形成すること
   を特徴とする半導体圧力センサの製造方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の方法において、液状樹脂が
   シリコーン注封剤である半導体圧力センサの製造方法。
3. 【請求項３】請求項２記載の方法において、シリコーン
   注封剤硬化後導線がかくれる程度に半導体素体上にふっ
   素系被覆剤を注入したのち、その被覆剤の一部を残して
   排除し、残った被覆材を硬化させて樹脂膜を形成する半
   導体圧力センサの製造方法。
4. 【請求項４】請求項１，　２あるいは３記載の方法にお
   いて、予め一面上をポリイミド膜で被覆した半導体素体
   を用いる半導体圧力センサの製造方法。
5. 【請求項５】請求項１，　２あるいは３記載の方法にお
   いて、半導体素体を台座上に固定し、半導体素体上の集
   積回路に導線を接続後、その素体一面上にポリイミドを
   塗布し、硬化させたのち液状樹脂の注入を行う半導体圧
   力センサの製造方法。