JPH1078364A - 半導体式圧力センサ - Google Patents

半導体式圧力センサ

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JPH1078364A
JPH1078364A JP23433296A JP23433296A JPH1078364A JP H1078364 A JPH1078364 A JP H1078364A JP 23433296 A JP23433296 A JP 23433296A JP 23433296 A JP23433296 A JP 23433296A JP H1078364 A JPH1078364 A JP H1078364A
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JP
Japan
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silicon
diaphragm
pedestal
pressure
silicon pedestal
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Application number
JP23433296A
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English (en)
Inventor
Ineo Toyoda
稲男 豊田
Kazuhisa Ikeda
和久 池田
Koju Mizuno
幸樹 水野
Yasutoshi Suzuki
康利 鈴木
Takeshi Fukada
毅 深田
Hiroshi Okada
寛 岡田
Nobukazu Oba
伸和 大場
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコン台座を金属ステムに半田付けする時
の熱歪によりセンサ精度が劣化しないようにする。 【解決手段】 圧力を受けて変位するダイヤフラム1a
を有するシリコンチップ1と、ダイヤフラム1aに圧力
を導くための導圧孔を有するシリコン台座3とを備え、
シリコン台座3が半田5により金属ステム6に半田付け
されてなる半導体式圧力センサであって、シリコン台座
3は接合ガラス4によりシリコンチップ1に接合されて
おり、シリコン台座3の高さを1.8mm以上、シリコ
ンチップ1の厚さを500μm以上、シリコンチップ1
のサイズを2.65mm□以下、接合ガラス4の厚さを
0.15mm以上、半田4の厚さを25μm以下にし
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、被測定媒体の圧力
を検出する半導体式圧力センサに関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】図6(a)に半導体圧
力センサの製造工程を示す。ウェハ工程においては、ダ
イヤフラム、歪ゲージ等を形成したウェハに対し、トリ
ミングにより粗調整を行い、それをダイシングカットし
てセンサチップに分離する。そして、Assy工程にお
いて、金属ステムに半田付けし、ワイヤボンドを施した
後、トリミングにより微調整を行う。
【0003】このような工程においては、Assy工程
の微調整によってセンサチップが良品であるか否かが分
かるため、不良品であっても組付作業が必要となる。ま
た、粗調整と微調整を別々の段階で行っているから、ト
リミング時間が長くなるなどの問題がある。そこで、図
6(b)に示すように、ウェハ段階で粗調整と微調整を
行い、ウェハ段階では調整作業を行わないようにすれ
ば、ウェハ段階で良品、不良品が判別でき、不良品の組
付作業を行わなくて済むため、コストダウンが図れると
ともに、粗調整と微調整をウェハ段階で行うことによ
り、トリミング時間を短縮することができる。
【0004】このような工程変更を行った場合、Ass
y工程においては調整作業を行わないためセンサチップ
の特性変動が大きく生じないようにする必要があるが、
半田付け工程においては、半田付け時に半田自身の熱応
力(熱歪)が発生し、その熱歪によってセンサ精度が劣
化してしまうという問題が発生する。この場合、半田付
けの代わりに、軟接着材(Si系やフロロシリコン系の
接着材)を用いることも考えられるが、圧力センサの適
用対象によっては、非常に高い気密性を必要とするもの
があり、この場合には、軟接着材でなく半田材を用いる
必要がある。
【0005】従って、本発明は、半田付け時の熱歪によ
りセンサ精度が劣化しないような構造とすることを目的
とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明においては、シリコン台座
(3)を接合ガラス(4)によりシリコンチップ(1)
に接合して、シリコン台座と金属ステムの半田付けによ
る熱歪を緩和するとともに、シリコン台座の高さを1.
8mm以上にしたことを特徴としている。
【0007】このような特徴により、半田付け時の熱歪
によりセンサ精度が劣化しないようにすることができ
る。また、請求項2に記載の発明のように、シリコンチ
ップの厚さを500μm以上にしても同様の効果を得る
ことができる。また、請求項3に記載の発明のように、
半田の厚さを25μm以下にしても同様の効果を得るこ
とができる。
【0008】また、請求項4に記載の発明のように、シ
リコンチップのサイズを2.65mm□以下にしても同
様の効果を得ることができる。さらに、請求項5に記載
の発明のように、接合ガラスの厚さを0.15mm以上
にしても同様の効果を得ることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】図1に、本発明の一実施形態に係
る半導体圧力センサの構造を示す。本実施形態に係る半
導体式圧力センサは、自動車の吸気圧センサとして用い
られるもので、圧力を受けて変位するダイヤフラム1a
が形成されたシリコンチップ1と、ダイヤフラム1aに
圧力を導くための導圧孔を有するシリコン台座3を備え
ている。シリコンチップ1の表面には、ダイヤフラム1
aの変位を検出する歪ゲージ2が形成されている。
【0010】シリコン台座3には接合ガラス4が陽極接
合されており、この接合ガラス4はシリコンチップ1に
陽極接合されている。また、シリコン台座3は、半田5
により金属ステム6に半田付けされている。この金属ス
テム6としては、36アロイ(36wt%Ni−Fe合
金)を用いることができる。また、歪ゲージ2からの電
気信号を外部に出力するためのボンディングパッド7と
リードピン8とがワイヤボンドされており、このワイヤ
ボンド後、金属ステム6は、真空装置内にてシェル9と
溶接され、シェル9内が真空に保持されている。
【0011】上記した接合ガラス4は、シリコンに比べ
てヤング率が小さく、シリコン台座3と金属ステム6の
半田付け時に、シリコン台座3と金属ステム6の間で発
生した熱歪によるダイヤフラム1aへの影響を緩和する
ために設けられている。また、半田5は、2.5〜3.
5mm2 程度に切断した厚さ50〜100μm程度の箱
状のものである。この場合、半田5を金属ステム6とシ
リコン台座3の間に置き、200〜300℃程度の熱を
加えることにより、シリコン台座3およびシリコンチッ
プ1の自重によって所望の厚さの半田付けを行うことが
できる。なお、半田濡れ性を向上させるため、シリコン
台座3の接着面には金属薄膜が蒸着され、また金属ステ
ム6にはAu等がメッキされている。
【0012】図2に、シリコンチップ1の形状を示す。
(a)は平面図、(b)はA−A断面図、(c)はB−
B断面図、(d)はC−C断面図である。ダイヤフラム
1aは、シリコンの<110>基板を異方性エッチング
することによりテーパー状に形成される。そのテーパー
部には、シリコン単結晶の<111>面が表れており、
シリコンチップ1の厚さを厚くすれば、テーパー部の長
さl1 、l2 、l3 、l4 はそれに比例して長くなり、
その結果、シリコン台座3と金属ステム6の間で発生し
た熱歪によるダイヤフラム1aへの影響を低減すること
ができる。
【0013】図3に、シリコン台座3の高さに対する半
田付け時に発生する熱歪を想定したシュミレーション結
果を示す。シリコン台座3の高さが高くなっていくと、
徐々に発生応力が低減していくが、特に1.8mm以上
くらいからシリコン台座3の高さ変動に対する発生応力
の変動が小さくなってきており、熱歪によるダイヤフラ
ム1aへの影響度合いが小さくなっていることがわか
る。
【0014】また、シリコンチップ1の厚さを厚くすれ
ば、熱歪によるダイヤフラム1aへの影響を低減するこ
とができ、シリコンチップ1の厚さを300μmとした
時、ダイヤフラム1aの中心での発生応力(以下、単に
発生応力という)が1.705kgf/mm2 となるの
に対し、シリコンチップ1の厚さを500μmとした
時、発生応力が0.754kgf/mm2 となり、熱歪
によるダイヤフラム1aへの影響を大きく低減すること
ができる。
【0015】なお、一般にIC工程に使われるウェハ
は、取扱い易さ、コスト等の点から300μmから60
0μm程度の厚さのものが用いられており、これ以上の
厚さのウェハを用いようとすれば、ウェハコストが増加
するとともに、取扱い設備も特殊なものが必要になって
くるため、500μmから600μm程度の厚さのもの
を用いるのが好ましい。
【0016】また、シリコンチップ1とシリコン台座3
との接合面積を減らすことによっても、熱歪によるダイ
ヤフラム1aへの影響を低減することができる。シリコ
ンチップ1のチップサイズ(図2のL×L)を2.85
mm□とした時、発生応力が1.705kgf/mm2
となるのに対し、シリコンチップ1のチップサイズを
2.65mm□とした時、発生応力が1.267kgf
/mm2 となり、熱歪によるダイヤフラム1aへの影響
を大きく低減することができる。
【0017】また、接合ガラス4を厚くすることによっ
ても、熱歪によるダイヤフラム1aへの影響を低減する
ことができる。接合ガラス4の厚さを0.1mmとした
時、発生応力が1.705kgf/mm2 となるのに対
し、接合ガラス4の厚さを0.15mmとした時、発生
応力が1.563kgf/mm2 となり、熱歪によるダ
イヤフラム1aへの影響を大きく低減することができ
る。
【0018】また、半田5の厚さを薄くすることによっ
ても、熱歪によるダイヤフラム1aへの影響を低減する
ことができる。図4に、半田厚と圧力センサの出力誤差
の関係を示す。半田厚を38μm程度にした場合には、
出力誤差が大きく変動するのに対し、半田厚を25μm
以下にした場合には、出力誤差を所望の範囲(±28m
V以下)内にすることができる。なお、この図4に示す
特性は、半田付け後ワイヤボンディングを行い、センサ
出力を測定して得られたものである。
【0019】なお、半田厚を所望の値にする場合には、
金属ステム6上に微小突起を設けるとよい。この場合、
図5に示すように、微小突起(図中のハッチングで示す
もの)として、(a)に示す3点、(b)に示す4点、
(c)に示す四角形状のもの、(d)に示す円形形状の
ものを用いることができる。なお、図中の丸は、シリコ
ン台座3の導圧孔の位置を示している。
【0020】また、上記した金属ステム6としては、3
6アロイの他、コバール、42アロイ等を用いることが
できる。なお、上記した実施形態において、シリコン台
座3の高さを1.8mm以上、シリコンチップ1の厚さ
を500μm以上、シリコンチップ1のサイズを2.6
5mm□以下、接合ガラス4の厚さを0.15mm以
上、半田4の厚さを25μm以下にすれば、熱歪による
ダイヤフラム1aへの影響を非常に小さくすることがで
きる。
【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
構造を示す図である。
【図2】シリコンチップ1の形状を示す図である。
【図3】シリコン台座3の高さに対する半田付け時に発
生する熱歪の関係を示す特性図である。
【図4】半田厚と圧力センサの出力誤差の関係を示す図
である。
【図5】半田厚を所望の値にするために金属ステム6上
に微小突起を形成した状態を示す図である。
【図6】半導体圧力センサの製造工程を示す図である。
【符号の説明】
1…シリコンチップ、1a…ダイヤフラム1a、2…歪
ゲージ、3…シリコン台座、4…接合ガラス、5…半
田、6…金属ステム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 康利 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 深田 毅 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 岡田 寛 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 大場 伸和 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧力を受けて変位するダイヤフラム(1
    a)が形成され、このダイヤフラムの変位を検出する歪
    ゲージ(2)を有するシリコンチップ(1)と、 前記ダイヤフラムに圧力を導くための導圧孔を有するシ
    リコン台座(3)とを備え、 前記シリコン台座が、半田(5)により金属ステム
    (6)に半田付けされてなる半導体式圧力センサにおい
    て、 前記シリコン台座は、前記シリコン台座と前記金属ステ
    ムの半田付けによる熱歪を緩和する接合ガラス(4)に
    より前記シリコンチップに接合されており、 前記シリコン台座の高さが1.8mm以上であることを
    特徴とする半導体式圧力センサ。
  2. 【請求項2】 圧力を受けて変位するダイヤフラム(1
    a)が形成され、このダイヤフラムの変位を検出する歪
    ゲージ(2)を有するシリコンチップ(1)と、 前記ダイヤフラムに圧力を導くための導圧孔を有するシ
    リコン台座(3)とを備え、 前記シリコン台座が、半田(5)により金属ステム
    (6)に半田付けされてなる半導体式圧力センサにおい
    て、 前記シリコン台座は、前記シリコン台座と前記金属ステ
    ムの半田付けによる熱歪を緩和する接合ガラス(4)に
    より前記シリコンチップに接合されており、 前記シリコンチップの厚さが500μm以上であること
    を特徴とする半導体式圧力センサ。
  3. 【請求項3】 圧力を受けて変位するダイヤフラム(1
    a)が形成され、このダイヤフラムの変位を検出する歪
    ゲージ(2)を有するシリコンチップ(1)と、 前記ダイヤフラムに圧力を導くための導圧孔を有するシ
    リコン台座(3)とを備え、 前記シリコン台座が、半田(5)により金属ステム
    (6)に半田付けされてなる半導体式圧力センサにおい
    て、 前記シリコン台座は、前記シリコン台座と前記金属ステ
    ムの半田付けによる熱歪を緩和する接合ガラス(4)に
    より前記シリコンチップに接合されており、 前記半田(5)の厚さが25μm以下であることを特徴
    とする半導体式圧力センサ。
  4. 【請求項4】 圧力を受けて変位するダイヤフラム(1
    a)が形成され、このダイヤフラムの変位を検出する歪
    ゲージ(2)を有するシリコンチップ(1)と、 前記ダイヤフラムに圧力を導くための導圧孔を有するシ
    リコン台座(3)とを備え、 前記シリコン台座が、半田(5)により金属ステム
    (6)に半田付けされてなる半導体式圧力センサにおい
    て、 前記シリコン台座は、前記シリコン台座と前記金属ステ
    ムの半田付けによる熱歪を緩和する接合ガラス(4)に
    より前記シリコンチップに接合されており、 前記シリコンチップのサイズが2.65mm□以下であ
    ることを特徴とする半導体式圧力センサ。
  5. 【請求項5】 圧力を受けて変位するダイヤフラム(1
    a)が形成され、このダイヤフラムの変位を検出する歪
    ゲージ(2)を有するシリコンチップ(1)と、 前記ダイヤフラムに圧力を導くための導圧孔を有するシ
    リコン台座(3)とを備え、 前記シリコン台座が、半田(5)により金属ステム
    (6)に半田付けされてなる半導体式圧力センサにおい
    て、 前記シリコン台座は、前記シリコン台座と前記金属ステ
    ムの半田付けによる熱歪を緩和する接合ガラス(4)に
    より前記シリコンチップに接合されており、 前記接合ガラスの厚さが0.15mm以上であることを
    特徴とする半導体式圧力センサ。
JP23433296A 1996-09-04 1996-09-04 半導体式圧力センサ Pending JPH1078364A (ja)

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