(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に第１電極を有するセラミックス製パッケージ本体と、
上記第１電極に対向する第２電極を有し、上記パッケージ本体に対して配置されるセラミックス製ダイアフラムと、
上記パッケージ本体と上記ダイアフラムとの間に介在して上記第1電極と上記第２電極との間の間隔を規定するセラミックス製スペーサと、
上記第１電極と上記第２電極との間の静電容量の変化に基づいて上記ダイアフラムに加わる圧力を検出するための半導体チップと、
を有し、上記ダイアフラムと上記スペーサとが焼成により一体化されている圧力センサパッケージ。
【請求項２】
上記スペーサがリング形状である請求項１に記載の圧力センサパッケージ。
【請求項３】
上記パッケージ本体と上記スペーサとを接合する接合部材を有する請求項１又は２に記載の圧力センサパッケージ。
【請求項４】
上記接合部材がＡｇ(銀)とＣｕ(銅)とを有する合金である請求項３に記載の圧力センサパッケージ。
【請求項５】
表面に第1電極を有するセラミックス製パッケージ本体を形成する工程と、
表面に第２電極を有するセラミックス製ダイアフラムを形成する工程と、
上記パッケージ本体と上記ダイアフラムとの間に介在して上記第１電極と上記第２電極との間の間隔を規定するセラミックス製スペーサを形成する工程と、
上記ダイアフラムの上記第２電極を有する面側に上記スペーサを配置して焼成して上記ダイアフラムと上記スペーサとを一体化する工程と、
上記第１電極と上記第２電極とが所定の間隔で対向するように上記パッケージ本体の上記第１電極を有する面側に上記スペーサを接合部材を介して接合する工程と、
を有する圧力センサパッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対向電極間の静電容量の変化を利用して圧力を検出する圧力センサパッケージ、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、対向電極間の静電容量の変化を利用して圧力を検出するタイプの圧力センサパッケージが知られている。図５（Ａ）に、従来の圧力センサパッケージの基本構成を示す。この圧力センサパッケージ５００は、セラミックス製のパッケージ本体５０２と、このパッケージ本体５０２に対向配置されたセラミックス製のダイアフラム５０４とを備えて構成されている。パッケージ本体５０２及びダイアフラム５０４の互いに対向する面には、それぞれ電極５１０，５１２が形成されている。パッケージ本体５０２には、これら電極５１０，５１２に接続されたＩＣチップ５１４が取り付けられている。
【０００３】
電極５１０，５１２の間に一定のクリアランスを設けるため、パッケージ本体５０２とダイアフラム５０４との間には、リング形状のセラミックス製スペーサ５０８が設けられている。このスペーサ５０８は、パッケージ本体５０２と一体形成されている。スペーサ５０８とダイアフラム５０４との間には、Ａｇ−Ｃｕ共晶合金からなる接合部材５０６が設けられている。パッケージ本体５０２、ダイアフラム５０４、接合部材５０６及びスペーサ５０８によって囲まれた空間は、密閉空間となる。外界の圧力Ｐの変化によりダイアフラム５０４が変形すると、対向する電極５１０，５１２間の容量が変化し、この容量の変化がＩＣチップ５１４により検出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、ダイアフラム５０４の変形の際、図５（Ｂ）に示したように、ダイアフラム５０４に接している接合部材５０６には、特にリング形状の内側部分に応力集中が生じる。このような応力集中によって接合部材５０６に塑性変形が生じると、圧力検出にヒステリシスが発生する。従来は、圧力センサパッケージの検出精度が比較的低かったため、この程度のヒステリシスは問題にならなかったが、検出精度の更なる向上が要求される近年においては、ヒステリシスの低減が急務となっている。
【０００５】
従って本発明は、ヒステリシスを低減して検出精度の向上を可能にする圧力センサパッケージ及びその製造方法を提供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に、本発明の圧力センサパッケージは、表面に第１電極を有するセラミックス製パッケージ本体と、上記第１電極に対向する第２電極を有し、上記パッケージ本体に対して配置されるセラミックス製ダイアフラムと、上記パッケージ本体と上記ダイアフラムとの間に介在して上記第１電極と上記第２電極との間の間隔を規定するセラミックス製スペーサと、上記第１電極と上記第２電極との間の静電容量の変化に基づいて上記ダイアフラムに加わる圧力を検出するための半導体チップとを有し、上記ダイアフラムと上記スペーサとが焼成により一体化されている。
【０００７】
このように、セラミックス製パッケージ本体とセラミックス製ダイアフラムとの間にセラミックス製スペーサを介在させ、当該スペーサが塑性変形し難いように、スペーサとダイアフラムとを焼成により一体化しているので、応力集中を回避でき、センサのヒステリシス特性を低減することができる。
【０００８】
また、本発明においては、上記スペーサがリング形状であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明においては、上記パッケージ本体と上記スペーサとを接合する接合部材を有してもよく、この場合、上記接合部材がＡｇ（銀）とＣｕ（銅）とを有する合金であることが好ましい。
【００１０】
このように、パッケージ本体とスペーサとを接合部材により接合する構成としても、応力集中を回避でき、センサのヒステリシス特性を低減することができる。
【００１１】
また、本発明の第１の圧力センサパッケージの製造方法は、表面に第１電極を有するセラミックス製パッケージ本体を形成する工程と、表面に第２電極を有するセラミックス製ダイアフラムを形成する工程と、上記パッケージ本体と上記ダイアフラムとの間に介在して上記第１電極と上記第２電極との間の間隔を規定するセラミックス製スペーサを形成する工程と、上記ダイアフラムの上記第２電極を有する面側に上記スペーサを配置して焼成して上記ダイアフラムと上記スペーサとを一体化する工程と、上記第１電極と上記第２電極とが所定の間隔で対向するように上記パッケージ本体の上記第１電極を有する面側に上記スペーサを接合部材を介して接合する工程とを有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図示した各実施形態に基いて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る圧力センサパッケージの構造を示す断面図である。この圧力センサパッケージ１００は、セラミックス製のパッケージ本体１０２と、このパッケージ本体１０２に対向配置された薄い円板形状のダイアフラム１０４とを備えている。パッケージ本体１０２及びダイアフラム１０４の互いに対向する面には、それぞれ第１電極１１０及び第２電極１１２が形成されている。パッケージ本体１０２には、これら電極１１０，１１２に接続されたＩＣチップ１１４が取り付けられている。
【００１４】
パッケージ本体１０２とダイアフラム１０４との間には、これらの間隔を規定するためのリング形状のスペーサ１０８が設けられている。このスペーサ１０８は、セラミックス製であり、ダイアフラム１０４の第２電極１１２側の面に一体形成されている。スペーサ１０８とパッケージ本体１０２との間には、Ａｇ−Ｃｕの共晶合金からなる接合部材１０６が設けられている。パッケージ本体１０２、ダイアフラム１０４、接合部材１０６及びスペーサ１０８により囲まれた空間は、密閉空間となる。接合部材１０６は、密閉空間をシールするという機能も有している。
【００１５】
パッケージ本体１０２は、複数層のセラミックス基板１２０を重ね合わせたものであり、各セラミックス基板１２０には、例えばＷ（タングステン）よりなる導体パターン１２２が形成されている。各導体パターン１２２は、各セラミックス基板１２０を貫通するスルーホールを介して互いに接続されている。ＩＣチップ１１４は、各セラミックス基板１２０の導体パターン１２２を介して電極１１０，１１２に接続されている。
【００１６】
パッケージ本体１０２は、はんだ１１６により、ガラスエポキシ樹脂よりなる実装基板１１８に取り付けられている。又、パッケージ本体１０２の周囲は、シリコン樹脂等からなる保護樹脂１２４によって覆われている。
【００１７】
外界の圧力の変化によりダイアフラム１０４が変形すると、対向する電極１１０，１１２の間隔が変化し、これにより電極１１０，１１２間の容量が変化し、この容量変化がＩＣチップ１１４により検出される。本実施の形態において、ダイアフラム１０４と接合部材１０６との間にスペーサ１０８を介在させる構成としたのは、ダイアフラム１０４が変形した際の接合部材１０６における応力集中を回避して、その塑性変形を抑制するためである。尚、スペーサ１０８はセラミックス製であるため、極めて塑性変形しにくいものである。
【００１８】
図２は、本実施の形態の圧力センサパッケージ１００の製造方法を説明するための図である。本実施の形態では、まず、薄い円板状に形成したセラミックス材料の表面に導電性ペーストを印刷し、焼成することにより、図２（Ａ）に示したように、第２電極１１２を有するダイアフラム１０４を形成する。又、セラミックス材料をリング形状に成形して焼成することにより、スペーサ１０８を形成する。このスペーサ１０８を、ダイアフラム１０４の第２電極１１２側の面に重ね合わせ、それぞれの形成時の焼成温度よりも高温で焼成して一体化させる。
【００１９】
続いて、板状に形成した複数のセラミックス材料の表面にそれぞれ導電性ペーストを印刷し、焼成することにより、導体パターン（図２では省略）を有する複数のセラミックス基板１２０を形成する。これらセラミックス基板１２０を重ね合わせ、各セラミックス基板１２０の形成時の焼成温度よりも高い温度で焼成して一体化させる。これにより、図２（Ｂ）に示したように、第１電極１１０を有するパッケージ本体１０２を形成する。
【００２０】
続いて、図２（Ｃ）に示したように、ダイアフラム１０４と一体化したスペーサ１０８を、Ａｇ−Ｃｕ共晶合金よりなる接合部材１０６を介して、パッケージ本体１０２の第１電極１１０側の面に重ね合わせる。接合は、接合部材１０６が流動性を持つ程度に加熱した状態で行う。これにより、パッケージ本体１０２，ダイアフラム１０４、接合部材１０６及びスペーサ１０８が一体になる。そののち、図１に示したように、パッケージ本体１０２にＩＣチップ１１４を装着し、ＩＣチップ１１４への配線処理等を施す。更に、はんだ１１６を用いて実装基板１１８に実装し、パッケージ本体１０２の周囲を保護樹脂１２４によって覆う。これにより、図１に示した圧力センサパッケージ１００が得られる。
【００２１】
以上説明したように、本実施の形態では、ダイアフラム１０４と接合部材１０６とを接触させず、セラミックス製のスペーサ１０８を間に介在させているため、ダイアフラム１０４が変形した際、接合部材１０６において応力集中が生じにくくなる。従って、接合部材１０６の塑性変形（残留応力）に起因するヒステリシスを低減することができる。これにより、圧力センサパッケージ１００の検出感度の向上が可能になる。
【００２２】
尚、上記実施の形態の効果についての具体例を示すと、外界の圧力１０００ＫＰａをダイアフラムにかけた場合、検出されるヒステリシスは０．０５％である。一方、従来のようにダイアフラムと接合部材とを接触させた圧力センサパッケージにおいては、０．０８％のヒステリシスが検出される。すなわち、本実施の形態によれば、ヒステリシスを約４０％に抑制できる。
【００２３】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る圧力センサパッケージ３００の構造を示す断面図である。本実施の形態に係る圧力センサパッケージ３００は、Ａｇ−Ｃｕ共晶合金よりなる接合部材を用いずに、パッケージ本体１０２、スペーサ３０６及びダイアフラム１０４を一体として焼成することにより形成されている。尚、第１の実施の形態（図１）に係る圧力センサパッケージ１００の構成要素と同一の構成要素には同一符号を付し、詳細説明を省略する。
【００２４】
この圧力センサパッケージ３００では、パッケージ本体１０２の表面に、リング形状を有するセラミックス製のスペーサ３０６が一体形成されており、このスペーサ３０６の表面にダイアフラム１０４が一体形成されている。これは、塑性変形しやすい接合部材を用ないようにすることで、ヒステリシスを完全に排除するためである。
【００２５】
図４は、本実施の形態の圧力センサパッケージ１００の製造方法を説明するための図である。本実施の形態では、基板状に形成した複数のセラミックス材料の表面にそれぞれ導電性ペーストを印刷し、焼成することにより、導体パターン（図４では省略）を有する複数のセラミックス基板１２０を形成する。これらセラミックス基板１２０を重ね合わせ、各セラミックス基板１２０の形成時の焼成温度よりも高い温度で焼成して一体化させることにより、図４（Ａ）に示したように、第１電極１１０を有するパッケージ本体１０２を形成する。
【００２６】
次に、図４（Ｂ）に示したように、セラミックス材料をリング形状に成形して焼成することにより、スペーサ３０６を形成する。次いで、このスペーサ３０６をパッケージ本体１０２の表面に重ね合わせる。
【００２７】
続いて、円板状に形成したセラミックス材料の表面に導電性ペーストを印刷し、焼成することにより、図４（Ｃ）に示したように、電極１１２を有するダイアフラム１０４を形成する。次いで、このダイアフラム１０４を、第２電極１１２側がパッケージ本体１０２に向くように、パッケージ本体１０２に重ね合わせる。
【００２８】
そののち、図４（Ｃ）に示したように重ね合わせたパッケージ本体１０２、ダイアフラム１０４及びスペーサ３０６を、それぞれの形成時の焼成温度よりも高い温度で焼成して一体化させることにより、図３に示した形状の圧力センサパッケージ３００を得る。そののち、図３に示したように、パッケージ本体１０２にＩＣチップ１１４を装着し、ＩＣチップ１１４への配線処理等を施し、はんだ１１６を用いて実装基板１１８に実装する。更に、パッケージ本体１０２の周囲を保護樹脂１２４によって覆う。これにより、図３に示した圧力センサパッケージ３００が得られる。
【００２９】
以上説明したように、本実施の形態による圧力センサパッケージ３００は、パッケージ本体１０２、ダイアフラム１０４及びスペーサ３０６を一体に焼成することにより形成されるため、Ａｇ−Ｃｕ共晶合金である接合部材が不要になる。従って、接合部材における応力集中に起因するヒステリシスを完全に排除することができる。
【００３０】
以上、本発明の実施形態を図面に沿って説明した。しかしながら本発明は上記実施形態に示した事項に限定されず、特許請求の範囲の記載に基いてその変更、改良等が可能であることは明らかである。例えば、第１の実施の形態において用いた接合部材１０６は、Ａｇ−Ｃｕ共晶合金以外の合金であってもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、ダイアフラムと接合部材との間にセラミックス製のスペーサを介在させるようにしたので、又は、ダイアフラムとスペーサとパッケージ本体とを接合部材を用いずに一体形成するようにしたので、接合部材における応力集中に起因するヒステリシスを低減でき、圧力センサパッケージの検出精度の向上に資することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る圧力センサパッケージの構造を示す断面図である。
【図２】図１に示した圧力センサパッケージの製造方法を説明するための断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る圧力センサパッケージの構造を示す断面図である。
【図４】図３に示した圧力センサパッケージの製造方法を説明するための断面図である。
【図５】従来の圧力センサパッケージの基本構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１００  圧力センサパッケージ
１０２  パッケージ本体
１０４  ダイアフラム
１０６  接合部材
１０８，３０６  スペーサ
１１０  第１電極
１１２  第２電極
１１４  チップ
１１８  実装基板
１２０  セラミックス基板
１２０  各セラミックス基板
１２２  各導体パターン
１２２  導体パターン
１２４  保護樹脂
３００  圧力センサパッケージ
５０２  パッケージ本体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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