JPH11201845A - 半導体式圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周囲温度の変化によって結露が生じ、その
後、結露による水分が凍った場合であっても、半導体チ
ップのダイアフラム部の破損を防止する。 【解決手段】 半導体チップ１は薄肉のダイアフラム部
８を有し、ダイアフラム部８の表面（一方の面）１ａに
歪みゲージが形成される。ガラス台座２は半導体チップ
１に陽極接合する。保護膜７は半導体チップ１の表面及
び裏面（他方の面）を覆う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン等の半導
体材料からなるダイアフラム部に形成される複数の歪み
ゲージの抵抗値変化により圧力を検出する半導体式圧力
センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体式圧力センサは、シリコン等の所
定の厚さを有する半導体材料を略凹部状にして薄肉のダ
イアフラム部を形成し、このダイアフラム部上に複数の
歪みゲージをブリッジ回路上に形成して半導体チップを
構成し、この半導体チップのブリッジ回路の抵抗値変化
により圧力を検出するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この半導体式圧力セン
サは、様々な環境下で使用されるものであり、例えば、
車両エンジンの吸気圧を測定するゲージ圧センサとして
車両に搭載される場合がある。車両に搭載されるゲージ
圧センサは、周囲温度が約−３０℃から約１００℃の幅
を持って変化することになり、この温度変化によって前
記半導体チップに結露が生じ、その後、周囲温度が低下
し結露により生じた水分により前記半導体チップ自体が
凍結することになり、この凍った状態で前記半導体チッ
プのダイアフラム部に圧力が印加されると、薄肉である
前記ダイアフラム部が破損する恐れがあるといった問題
点を有している。

【０００４】特開平８−１９３８９９号公報や特開平４
−３７０７２６号公報では、半導体チップの表面側から
圧力が伝達される場合、前記半導体チップの表面側にシ
リコン系の保護膜を形成するもの、半導体チップの裏面
側から圧力が伝達される場合、前記半導体チップに接合
する台座に形成される圧力導入路及び前記半導体チップ
のダイアフラム部に対応する裏面側にシリコン系の保護
材を配設するものが開示されているが、これらは何れも
気体や液体等の媒体の圧力伝達方向に対して前記半導体
チップの表裏面のどちらか一方の面を汚染媒体から保護
するための構造に関するものであり、前述した結露によ
る水分が凍った場合のダイアフラム部の破損を防ぐこと
を考慮したもので無く、車両等に搭載される半導体式圧
力センサ（ゲージ圧センサや差圧センサ等）において
は、前述したことを考慮した半導体式圧力センサが望ま
れている。

【０００５】そこで、本発明は前記問題点に着目し、周
囲温度の変化によって結露が生じ、その後、結露による
水分が凍った場合であっても、半導体チップのダイアフ
ラム部の破損を防止することが可能な半導体式圧力セン
サを提供する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、圧力に応じて変位する薄肉のダイアフラム
部を有する半導体チップの表裏面を保護膜で覆ってなる
ものである。

【０００７】また、圧力に応じて変位する薄肉のダイア
フラム部を有し、前記ダイアフラム部の一方の面に歪み
ゲージが形成される半導体チップと、前記半導体チップ
に接合するガラス台座と、前記半導体チップの一方の面
及び他方の面を覆う保護膜と、から構成されるものであ
る。

【０００８】また、前記保護膜はシリコン系ゲル材から
なり、前記半導体チップの前記他方の面の前記ダイアフ
ラム部の形成位置を覆ってなるものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、圧力に応じて変位する
薄肉のダイアフラム部８を有し、ダイアフラム部８の表
面（一方の面）に歪みゲージが形成される半導体チップ
１と、半導体チップ１に接合するガラス台座２と、半導
体チップ１の表面１ａ側及び半導体チップ１の裏面（他
方の面）１ｂ側のダイアフラム部８の形成位置を覆う保
護膜７と、から構成される半導体式圧力センサであり、
軟質部材である保護膜７を半導体チップ１の表裏面に配
設することで、周囲環境が低温になっても半導体チップ
１自体が凍結しなくなり、ダイアフラム部８の変位を損
なうことが無くなることからダイアフラム部８の破損を
防止することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を添付図面に記載した実施例に
基づき説明する。図１は本発明の半導体式圧力センサを
示す要部断面図、図２は保護膜の形成方法を示す図、図
３は本発明の他の実施例を示す要部断面図である。

【００１１】本実施例における半導体式圧力センサは、
半導体チップ１と、ガラス台座２と、ベース板３と、圧
力導入パイプ４と、電極リード５と、ケース体６と、本
発明の特徴となる保護膜７とから構成されている。

【００１２】半導体チップ１は、シリコンからなり、所
定の厚さを有する半導体材料をＫＯＨ等のエッチング処
理により薄肉のダイアフラム部８を形成し、このダイア
フラム部８の表面（一方の面）には、半導体歪みゲージ
（図示しない）がブリッジ回路をなすように拡散により
形成されている。

【００１３】ガラス台座２は、半導体チップ１と熱膨張
係数が略等しい材料（例えば、パイレックスガラス）か
ら構成され、半導体チップ１のステム９と陽極接合され
る。また、ガラス台座２とダイアフラム部８とが対向す
る位置には、気体等の圧力をダイアフラム部８に伝達す
るための圧力導入孔１０がガラス台座２の表裏面を貫通
するように形成され、また、ガラス台座２のベース板３
との対向面には、ベース板３に接合するためのメタライ
ズ層（図示しない）が形成される。

【００１４】ベース板３は、例えばコバール等の金属製
材料からなり、ガラス台座２が半田により接合される。
また、ガラス台座２の圧力導入孔１０に対向する位置に
は、貫通孔１１が形成されている。

【００１５】圧力導入ポート４は、例えば、ベース板３
と同等な金属材料からなり、ベース板３の貫通孔１１と
ガラス台座２の圧力導入孔１０とに連通する圧力導入部
（貫通孔）１２が形成されている。また、圧力導入ポー
ト４はベース板３に溶接等の手段により気密的に接合さ
れる。

【００１６】電極リード５は、半導体チップ１への電源
入力や前記ブリッジ回路の出力を外部に取り出すための
ものであり、電極リード５とベース板３とは、ハーメチ
ックシールにより配設固定される。この電極リード５
は、半導体チップ１上の前記歪みゲージと共に形成され
る電極部（図示しない）と金等の導電材料１３によりワ
イヤボンディングされ、電気的に接続されている。

【００１７】ケース体６は、ＳＰＣ等の金属材料からな
り、ゲース板３と溶接等の手段により配設固定される。
ケース体６の上面には、外気を取り入れるための外気取
入口１４が形成されている。

【００１８】保護膜７は、シリコン系ゲル材からなるも
ので、半導体チップ１の歪みゲージが形成される表面
（一方の面）１ａ及び裏面（他方の面）１ｂに塗布され
る。この保護膜７は、周囲温度の変化によって結露が生
じ、、その後に結露によって生じる水分が凍った場合で
あってもダイアフラム部８の破損を防止するために配設
される。ダイアフラム部８の表面１ａ側の保護膜７は、
半導体チップ１の表面全体を覆うように塗布され、ま
た、ダイアフラム部８の裏面１ｂ側の保護膜７は、薄肉
のダイアフラム部８を構成するためにエッチング処理に
よって形成された凹部１ｃ内に塗布される。この保護膜
７は、本実施例において、例えば「信越化学（株）型式
KJR −9014」の硬化後の針入度が６０〜７５（JIS K 22
20）のものを用いており、ダイアフラム部８の変位を損
なうことはない。

【００１９】前述した各部により、結露後の凍結による
ダイアフラム部８の破損を防止できるキャンパッケージ
型の圧力検出器が構成される。かかる構成の半導体式圧
力センサは、軟質部材である保護膜７を半導体チップ１
の表裏面に配設することで、周囲環境が低温になっても
半導体チップ１自体が凍結しなくなり、ダイアフラム部
８の変位を損なうことが無くなることからダイアフラム
部８の破損を防止することができるものである。また、
汚染物質を含む媒体を検出する場合でも耐久性は従来と
変わることがない。

【００２０】本実施例におけるダイアフラム部８の裏面
１ｂに塗布される保護膜７の形成方法にあっては、ガラ
ス台座２の圧力導入孔１０からニードル等を用いたディ
スペンスによりシリコン系ゲル材を注入し、その後、真
空脱泡装置を用いて前記シリコン系ゲル材中の気泡を脱
泡し、硬化させることで保護膜７が形成されるものであ
る。

【００２１】次に、図２を用いて、生産性を考慮した場
合の保護膜（ダイアフラム部８の裏面１ｂ側の保護膜
７）の形成方法を説明する。

【００２２】先ず、所定の厚さを有する平板状のシリコ
ンウエハ１５を用意し（ａ）、シリコンウエハ１５の所
定箇所を略凹部１ｃ状にエッチング処理し、薄肉のダイ
アフラム部８を形成する（ｂ）。

【００２３】次に、複数のダイアフラム部８に歪みゲー
ジを拡散により形成した後（図示しない）、ダイアフラ
ム部８を構成するために形成された凹部１ｃに、保護膜
７となるシリコン系ゲル材を、ディスペンスもしくはピ
ン転写等の手段により塗布する（ｃ）。その後、真空脱
泡装置を用いて、塗布された前記シリコン系ゲル材の気
泡を脱泡し、そして前記シリコン系ゲル材を硬化させて
保護膜７を得る。

【００２４】次に、シリコンウエハ１５に形成された各
ダイアフラム部８に対応する各圧力導入孔１０を備える
ガラス基板１６を用意し、保護膜７が形成されるシリコ
ンウエハ１５の各ステム９部分とガラス基板１６とを陽
極接合し（ｄ）、その後、ダイサー等の手段により切断
することにより、ダイアフラム部８の裏面１ｂ側に保護
膜７が形成された個々の半導体式圧力センサ１７が得ら
れるものである（ｅ）。

【００２５】尚、半導体チップ１上に塗布される保護膜
７は、半導体チップ７と電極リード５とをワイヤボンデ
ィングにより電気接続を図った後に塗布され、塗布後
は、ダイアフラム部８の裏面１ｂに塗布する場合と同様
に真空脱泡装置により、前記シリコン系ゲル材の気泡を
脱泡し、硬化することにより得られる。

【００２６】前述した保護膜７の形成工程は、シリコン
ウエハ１５の状態で前記シリコン系ゲル材を塗布及び真
空脱泡することができるため、製造工程を煩雑にしなく
とも保護膜７をダイアフラム部８の裏面１ｂ側に形成す
ることができ、生産性の向上を図ることができる。

【００２７】尚、前述した保護膜７の形成工程におい
て、前記シリコン系ゲル材をシリコンウエハ１５に塗布
した後に、シリコンウエハ１５とガラス基板１６とを陽
極接合を行うようにしているが、陽極接合時に両部材１
５，１６が３００℃以上で加熱されるため、保護膜７の
材料を前記温度でも劣化しない材料を用いることが必要
となる。

【００２８】図３は、本発明の他の構造を示すものであ
る。前述した実施例と異なる点は、凹部状のハウジング
１８に半導体式圧力センサ１７を配設するとともに、半
導体式圧力センサ１７の周囲をシリコン系ゲル材からな
る保護膜７で覆った点で異なるものである。このような
構造においても前述した構造と同様に、凍結による半導
体チップ１のダイアフラム部８の破損を防止することが
可能となる。

【００２９】尚、本発明は、前述した実施例の構造にお
ける圧力検出器に限定されるものではなく、例えば、車
両等に搭載されるゲージ圧や差圧等を検出する圧力検出
器の構造のものにも適用でき、要するに半導体チップの
表裏面を保護膜で覆った半導体式圧力センサを用いもの
であれば良い。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、圧力に応じて変位する薄肉の
ダイアフラム部を有する半導体チップの表裏面を保護膜
で覆うことを特徴とするもので、周囲環境が低温になっ
ても前記半導体チップ自体が凍結しなくなり、前記ダイ
アフラム部の変位を損なうことが無くなることから前記
ダイアフラム部の破損を防止することができる

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す要部断面図。

【図２】同上実施例の保護膜の形成方法を示す図。

【図３】本発明の他の実施例を示す要部断面図。

【符号の説明】

１ 半導体チップ １ａ 表面（一方の面） １ｂ 裏面（他方の面） ２ ガラス台座 ７ 保護膜 ８ ダイアフラム部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力に応じて変位する薄肉のダイアフラ
   ム部を有する半導体チップの表裏面を保護膜で覆ってな
   ることを特徴とする半導体式圧力センサ。
2. 【請求項２】 圧力に応じて変位する薄肉のダイアフラ
   ム部を有し、前記ダイアフラム部の一方の面に歪みゲー
   ジが形成される半導体チップと、前記半導体チップに接
   合するガラス台座と、前記半導体チップの一方の面及び
   他方の面を覆う保護膜と、から構成される半導体式圧力
   センサ。
3. 【請求項３】 前記保護膜はシリコン系ゲル材からな
   り、前記半導体チップの前記他方の面の前記ダイアフラ
   ム部の形成位置を覆ってなることを特徴とする請求項１
   もしくは請求項２に記載の半導体式圧力センサ。