(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表面と、第２の表面と、前記第１の表面に設けられた第１の開口と、前記第１の表面と前記第２の表面との間に設けられた導管と、を有するヘッダであり、前記導管がその境界を画定する壁を含み、前記第１の開口が前記導管と連通している、ヘッダ、及び、
第１及び第２の対向面、及び、第１及び第２の対向面間に設けられた第１の壁面を含んだベースと、前記ベースの第１の対向面から延出する第２の壁面を有する支持構造体であり該支持構造体上に第１の熱膨張率（ＣＴＥ）を有するＭＥＭＳデバイスを受けるように構成された支持構造体と、を有するダイパッドであり、前記第１のＣＴＥに実質的に適合した第２のＣＴＥを有するダイパッド、
を備え、
前記ダイパッドの前記ベースの前記第１の壁面が、該第１の壁面に沿った一組の溝を有しており、前記ヘッダの前記導管の前記壁の下部に対して耐密に封止されており、
前記支持構造体の前記第２の壁面が前記ヘッダの前記導管の前記壁の上部から離間され、前記ダイパッドの前記ベース及び支持構造体が同じ材料で一体に形成されており、
前記支持構造体は、前記ダイパッドが前記導管内で熱膨張又は熱収縮を受ける際に前記ヘッダと前記ダイパッドとの間の力を最小にするように構成された寸法を有し
前記ダイパッドが、アンバー、コバール、ガラス、ケイ素及びセラミックからなる群から選択された材料から構成される、センサデバイスパッケージ。
【請求項２】
前記ヘッダが鋼から構成される、請求項１に記載のセンサデバイスパッケージ。
【請求項３】
前記ヘッダがアルミニウムから構成される、請求項１に記載のセンサデバイスパッケージ。
【請求項４】
前記ベースが、前記支持構造体の壁厚より大きい壁厚を有する、請求項１に記載のセンサデバイスパッケージ。
【請求項５】
前記ダイパッド上にニッケル金の層が設けられている、請求項１に記載のセンサデバイスパッケージ。
【請求項６】
前記ダイパッドが、前記ＭＥＭＳデバイスと少なくとも１つの他のデバイスを受けるように構成されている、請求項１に記載のセンサデバイスパッケージ。
【請求項７】
前記ＭＥＭＳデバイスが第２の開口を備え、前記ダイパッドの上面の開口が前記第２の開口と連通するように構成されており、前記ダイパッドの前記上面の前記開口が前記第２の開口より小さい直径を有する、請求項６に記載のセンサデバイスパッケージ。
【請求項８】
前記支持構造体が前記ベースから突出している、請求項１に記載のセンサデバイスパッケージ。
【請求項９】
前記ダイパッドが、前記ダイパッドの上面の開口と連通した状態で前記ダイパッド内を通って延びる第２の導管を備え、前記ベース内における前記第２の導管が、前記支持構造体内における前記第２の導管の直径より大きい直径を有している、請求項１に記載のセンサデバイスパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はセンサシステムパッケージとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型センサが必要とされ、低コストが重要である用途において、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）センサの使用が普及しつつある。センサが、冷凍システムやＡＣシステムなど、過酷な環境にさらされる用途では、通常圧電抵抗素子とパッケージへの接続部を含むセンサの頂部側を環境内の過酷な条件にさらすことができないため、裏面導入センサデバイスが使用されている。
【０００３】
支持構造体は、支持材料とＭＥＭＳセンサとの間に高い熱膨張不整合を有している。この不整合は、圧力と無関係なひずみを発生させ、その結果、意図しない結果とセンサ測定値の誤差をもたらす恐れがある。したがって、ＭＥＭＳダイの最小限の、又は応力なしの設置が、信頼性が高く、より優れた能力を発揮する圧力センサを製造する重要な側面である。
【０００４】
ＭＥＭＳセンサと支持構造体との間のひずみを低減させる１つの方法は、シリコンエラストマからなる、熱可撓性ダイアタッチを使用することである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、シリコンエラストマは、耐密封止をもたらさず、それにより、センサデバイスを取り巻く環境に高温又は高圧が存在する場合に、電子部品を有するセンサデバイス部分にガス又は液体が漏出する可能性がある。このことが、センサデバイスに漏電を発生させ、それにより、センサ表示値に悪影響を与えて、一貫性のない、不正確な測定値をもたらす可能性がある。加えて、冷凍システムとその内部のセンサシステムは、Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ａｇｅｎｃｙ（ＥＰＡ）によって規制された環境安全上の理由のためにいかなる液体やガスの漏れも許されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様では、センサデバイスパッケージが、第１の表面と第２の表面を有するヘッダを備えている。ヘッダは、第１及び第２の表面の間に設けられた導管と、第１の表面に設けられた開口とを備え、開口は導管と連通している。ダイパッドが、ベースと、ベースから延出する支持構造体を有している。支持構造体は、ＭＥＭＳデバイスを受けるように構成されており、ＭＥＭＳデバイスは、ある熱膨張率（ＣＴＥ）を有し、ダイパッドは、ＭＥＭＳデバイスのＣＴＥに実質的に適合したＣＴＥを有している。ダイパッドのベースは、ヘッダの導管に対して耐密に封止されており、支持構造体は、ダイパッドが導管内で熱膨張又は熱収縮を受ける際にヘッダとダイパッドとの間の力を最小にするように構成された寸法を有している。
【０００７】
また、一態様では、センサデバイスパッケージが第１の熱膨張率（ＣＴＥ）を有するＭＥＭＳデバイスを備え、ＭＥＭＳデバイスは底面にポート開口を有している。ダイパッドが、上面でＭＥＭＳデバイスを受けるように構成されている。ダイパッドは、第１のＣＴＥに実質的に適合した第２のＣＴＥを有する材料から作られている。ダイパッドは、ＭＥＭＳデバイスのポート開口に媒体を送達させるように、ダイパッド内を通って延びる第１の導管を備えている。ダイパッドは、ベースと、第１のＣＴＥ及び第２のＣＴＥに適合した第３のＣＴＥを有する支持構造体とを備えている。支持構造体は、ダイパッドが熱膨張又は熱収縮を受ける際に、ダイパッドとＭＥＭＳデバイスの界面における力を最小にするように構成されている。支持構造体は、好ましくはベースから突出している。ダイパッドは、第１の導管と連通してダイパッド内を通って延びる第２の導管を備えており、ベース内の第２の導管は、支持構造体内の直径より大きい直径を有している。
【０００８】
一態様では、センサデバイスパッケージを形成する方法は、ＭＥＭＳデバイスを受けるように構成されたダイパッドを形成するステップを備えている。ＭＥＭＳデバイスは第１の熱膨張率（ＣＴＥ）を有し、ダイパッドは、第１のＣＴＥに実質的に適合した第２のＣＴＥを有する材料から作られている。ダイパッドは、ベースと、ベースから突出する支持構造体を有している。本方法は、好ましくはメタルフローの手順で、ダイパッドをヘッダパッケージの受入れ開口に結合させるステップを備え、支持構造体は、ダイパッドがヘッダパッケージから熱膨張力又は熱収縮力を受ける際に、ＭＥＭＳデバイスにおける力を最小にするように構成された高さ寸法と壁厚を有している。
【０００９】
上記の態様のいずれか又はすべてにおいて、ダイパッドは、アンバー、コバール、ガラス、ケイ素又はセラミック材料から作られるとよい。一実施形態では、ヘッダが、ダイパッドを受け入れるように構成され、鋼又はアルミニウムから作られている。一実施形態では、ベースは、支持構造体の壁厚より大きい壁厚を有している。一実施形態では、台座（ｐｅｄｅｓｔａｌ）が、レーザ溶接法で支持構造体に結合されるか、又はその代わりに、一体的に形成されている。一実施形態では、ダイパッドは、ＭＥＭＳデバイスと少なくとも１つの他のデバイスを受けるように構成されており、当該他のデバイスは集積回路デバイスとすることができる。一実施形態では、ダイパッドは、底面から上面にわたる導管を備えて、上面に、ＭＥＭＳデバイスの対応する開口と連通するように構成された第１の開口を画定しており、第１の開口は、ＭＥＭＳデバイスの対応する開口より小さい直径を有している。
【００１０】
この明細書の一部に組み込まれ、この明細書の一部を構成する添付図面は、実施形態の１つ以上の例示を示し、例示の実施形態の説明とともに実施形態の原理と実施態様を説明する働きをする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】１つ以上の実施形態にかかるセンサシステムパッケージの分解図を示す。
【図２Ａ】１つ以上の実施形態にかかるセンサシステムパッケージの図を示す。
【図２Ｂ】１つ以上の実施形態にかかるセンサシステムパッケージの図を示す。
【図３Ａ】一実施形態にかかるダイパッドの透視図を示す。
【図３Ｂ】一実施形態にかかる図２Ａのダイパッドの断面図を示す。
【図４】一実施形態にかかるセンサシステムパッケージの切欠き図を示す。
【図５】一実施形態にかかるセンサシステムの製造及び組立方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで、センサシステムと関連して例示の実施形態を説明する。当業者であれば、以下の説明が例示に過ぎず、決して限定することを意図するものではないことが分かるであろう。それ以外の実施形態は、この開示の利益を得るそのような当業者にとって容易に思い浮かぶものであろう。ここで、添付の図面に示す例示の実施形態について詳細に言及する。同じ又は同様の事項を指すために、同じ参照符号が図面及び以下の説明の全体を通して使用される。
【００１３】
明解にするため、この明細書で述べる実施形態のありふれた特徴のすべてが図示されたり、記載されたりはしていない。そのようないかなる実際の実施品の開発においても、用途関連及びビジネス関連の制約の順守など、開発者の特定の目的を達成するために、多数の実施品特有の決定がなされる必要があること、ならびに、これら特定の目的が実施品ごと及び開発者ごとに異なることは、もちろん、理解されるであろう。さらに、このような開発努力は、複雑で時間のかかるものかもしれないが、この開示の利益を得る当業者にとっては通常の技術的な取組みであることも理解されるであろう。
【００１４】
この開示に従って、この明細書に述べる構成部品、方法ステップ及び／又はデータ構造が、様々な種類のオペレーティングシステム、計算プラットホーム、コンピュータプログラム及び／又は汎用機械を使用して実施され得る。加えて、当業者であれば、ハードワイヤードデバイス、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）など、それほど汎用でない性質のデバイスも、この明細書に開示された発明概念の範囲と精神から逸脱することなく使用され得ることが分かるであろう。一連の方法ステップを備える方法がコンピュータ又は機械で実施され、それらの方法ステップが、機械で読取り可能な一連の命令として記憶可能である場合、それらの命令は、内部記憶装置（例えば、ＲＯＭ（読取り専用メモリ）、ＰＲＯＭ（プログラム可能読取り専用メモリ）、ＥＥＰＲＯＭ（電気的消去可能・プログラム可能読取り専用メモリ）、フラッシュメモリ、ジャンプドライブなど）、磁気記憶媒体（例えば、テープ、磁気ディスクドライブなど）、光学記憶媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、紙カード、紙テープなど）、他の種類のプログラムメモリなど、有形のメモリに記憶され得る。
【００１５】
概して、本明細書は、応力を受け、それらの応力が内部に収容されたデバイスに影響を及ぼさないように構成された、センサ又は他のデバイスを収容するパッケージングを対象とする１つ以上の実施形態を記述している。この明細書に述べるセンサパッケージは、低熱膨張率（ＣＴＥ）を有する材料から作られたダイパッドと支持構造体とを利用して、外力がセンサデバイスに影響を与えることを防止するとともに、センサデバイス用の非常に低コストのダイパッドと支持構造体を提供するのみならず、ダイパッドと支持構造体がヘッダに容易に取り付けられるようにする。
【００１６】
センサデバイスはＭＥＭＳ（微小電気機械システム）であることが好ましいが、パッケージングは、追加的又は代わりに、ＡＳＩＣ、ＩＣなどの他の種類のデバイスのために使用されてもよい。この明細書に述べる主題により、絶対センサ、相対センサ、ゲージ式センサ、ＡＣ及び冷凍システムセンサ、制動センサ及び／又は車両、産業機器及び／又は医療機器内の他のエンジン制御センサ用に使用される効果的なセンサシステムを安価に製造することが可能になる。ＭＥＭＳは、圧力センサ、温度センサ、ホール効果センサ、電磁センサ及びセンサアレイ、湿度センサ、光学センサ、ジャイロスコープ、加速度計、圧電センサ又は変換器、ディスプレイであってもよい。ＭＥＭＳがいかに構成されているかについての詳細は、この明細書では述べていないが、いかなる種類のＭＥＭＳや同様のデバイスもこの明細書で述べるパッケージとともに使用することが考えられるという点に留意されたい。
【００１７】
図１は、一実施形態にかかるセンサシステムパッケージの分解図を示す。図１に示すように、センサシステムパッケージ１００は、ヘッダ１０２と、センサデバイス９９が実装されたダイパッド１０４を備えている。そのアセンブリにプリント回路基板１０８と接続キャップ１１０が結合され、パッケージ１００全体を形成する。この明細書の特許請求の範囲に記載された実施形態の範囲から逸脱することなく、追加及び／又は代わりの構成部品がセンサシステム１００に利用されてもよいという点に留意されたい。パッケージ１００の代わりの構成が、以下に述べるように考えられるという点にも留意されたい。
【００１８】
ヘッダ１０２は、上部１０２Ａと下部１０２Ｂとを備え、それによって、下部１０２Ｂが、圧力ポートを介して、システム１００によって測定される相対的に大きく加圧された環境に対してセンサシステムパッケージ１００を接続する。下部１０２Ｂは、図１ではボルト部材として図示されているが、ヘッダ１０２が連結される要素のポート構成に基づく他のいかなる適切なデザインを有していてもよい。例えば、ヘッダの底部１０２Ｂは、ヘッダが取付けポートに螺合されるように（螺刻された内面ではなく）螺刻された外面を有していてもよい。
【００１９】
一実施形態では、図１のヘッダ１０２の上部１０２Ａが金属から作られている。例えば、ヘッダは、必要に応じて機械削り出し、鋳造、又は金属射出成形などの成形によって製造可能なあらゆる種類のステンレス鋼（例えば３０４系、３１６系など）、アルミニウム、合金、複合材料又は他の材料から作られ得る。
【００２０】
図１に示すように、一実施形態では、ヘッダ１０２は、上部１０２Ａにおいてプリント回路基板（ＰＣＢ）着座領域１２０を有する第２の凹部にＰＣＢ１０８を受け入れるようにも構成されている。一実施形態では、ＰＣＢ１０８は、接着剤で着座領域１２０に結合されるが、他のいかなる適切な結合方法も考えられる。一実施形態では、ＰＣＢ１０８は、ＰＣＢ１０８がＰＣＢ着座領域１２０に受け入れられる際にヘッダ１０２の対応する切込み１１８内に嵌入する案内延出部１２２を備えている。一実施形態では、案内延出部１２２は、正しい方位に向けられたときだけ、ＰＣＢ１０８がＰＣＢ着座領域１２０内に適正に嵌入するように調整されている。一実施形態では、ＰＣＢは、中心部で貫通する開口１２４を備えたドーナツ形状を有しており、それによって、開口１２４は、センサ９９と一列に配置されることにより、ＰＣＢ１０８がヘッダ１０２に取り付けられたとき、センサ９９を取り囲むように構成されている。一実施形態では、センサ９９は、ＰＣＢ１０８にワイヤボンディングされるが、他のいかなる適切な電気的結合方法も考えられる。ＰＣＢ１０８の開口１２４により、センサ９９、ＰＣＢ１０８及び接続キャップ１１０の間で電気接続を容易に行うことも可能になる。
【００２１】
接続キャップ１１０は、上部１０２Ａの外側凹部１２６に嵌入し、ヘッダ１０２の上部１０２Ａ内で構成部品及び電子機器上に嵌合する。接続キャップ１１０は、いかなる適切な方法でヘッダ１０２に取り付けられてもよい。接続キャップ１１０は、センサシステム１００と他のいかなる電気部品との間にも電力、信号及び／又はデータが流れるようにする電気接続ポート１２８を備えている。
【００２２】
図２Ａ及び図２Ｂは、以下にさらに詳細に述べる内部導管２２４と連通するヘッダ２０２の底面２０６の開口２０４を通して、ダイパッド３００とセンサデバイス９９が挿入される、システム２００の別の実施形態を示す。加えて、ＰＣＢ基板２１２が、ヘッダ２０２の頂部の凹部２０８内に結合され、接着剤又はより多くのねじを使って固定される。特に、ダイパッド３００とセンサデバイス９９（本明細書において「ダイパッドアセンブリ」を指す）は、ヘッダ２０２にダイパッドアセンブリを確実に取り付け、耐密に封止するように圧着又は固定されることが好ましい。一実施形態では、ヘッダ２０２に取り付けられると、センサデバイス９９がヘッダ２０２の開口２２０内に露出される。ＰＣＢ２１２を貫通する開口２１０が、ヘッダ開口２２０と整列するように位置決めされている。一実施形態では、ヘッダ２０２が開口２２０を取り囲むカラー２２２を備え、それにより、カラー２２２がＰＣＢ基板２１２の開口２１０内に嵌入して、位置合わせを保証するとともに、ＰＣＢ基板２１２をヘッダに固定する。図２Ｂは、カラー２２２と開口２１０によって少なくとも部分的に囲まれたセンサデバイス９９の詳細図を示す。センサデバイス９９を保護するために、ＰＣＢアセンブリ２１２の上面に、カバーブラケット２１４と、対応するカバー２１６とが結合される。ここで述べたダイパッドパッケージが図２Ａ及び図２Ｂに表すシステムに限定されず、様々な用途で様々な異なるシステムにおいて使用されてもよいという点に留意されたい。
【００２３】
図３Ａ及び図３Ｂは、一実施形態にかかるダイパッドを示す。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、ダイパッド３００は、ベース３０２と、ベース３０２から上方に突出する支持構造体３０４と、支持構造体３０４の上面から突出する台座３０８とを備えている。ベースは、その底面に、製造工程時にダイパッド３００をヘッダ２０２に位置合わせするキーホール３０３を備えている。台座３０８は、ＭＥＭＳデバイス９９を受けるように構成されている。図３Ａの実施形態では、支持構造体３０４が、ベース３０２の直径より小さい直径を有している。支持構造体３０４は、ベース３０２の上面３０６の上方にある高さだけ突出して、ベース３０２に加えられる応力がセンサデバイス９９において最小化されることを保証する。台座３０８は、支持構造体３０４の上面３０９に位置し、支持構造体３０４の直径より小さい高さ寸法及び直径を有している。支持構造体３０４及び台座３０８が図３Ａでは円形であるように示されているが、支持構造体３０４及び台座３０８は別のいかなる形状を有していてもよく、必ずしも同じ形状を有することを必要としない。ベース３０２、支持構造体３０４及び台座３０８は、一体物として形成され、同じ材料から作られていることが好ましい。図３Ｂに示すように、支持構造体３０４は、下部３０２Ｂの底面３１２からダイパッド３００の上面３１４にわたる内部導管３１６を有している。
【００２４】
図３Ｂは、一実施形態にかかる、線３Ｂ−３Ｂに沿ったダイパッド３００の断面図を示す。一実施形態では、内部導管３１６は、ベース３０２の底面３１２からダイパッド３００の上面３１４へ移動するにつれて内部導管３１６の直径が小さくなる階段状構成を有していることが好ましい。図３Ｂに示す導管３１６は、好ましくは、底部３１５、中間部３２０及び上部３２２を有している。底部３１５は、ダイパッド３００の底面３１２の開口３１７と連通している。上部３２２は、ダイパッド３００の上面３１４の開口３１９と連通している。特に、導管３１６の中間部３２０は、ダイパッド３００内の下部３１５の直径より小さく、上部３２２の直径より大きい直径を有している。それぞれ異なる直径の部分間で移行する任意の移行部３０５及び３０７は、先細り形状を有している。他の導管の構成も考えられ、図３Ｂに示す構成に限定されないという点に留意されたい。一実施形態では、内部導管３１６の直径は、支持構造体３０４の全体を通じて実質的に不変である。
【００２５】
ダイパッド３００は、加圧媒体の源に連結され、それによって、一実施形態では、センサデバイス９９が媒体の１つ以上の条件を測定する。媒体（例えば、気体、液体又はそれらの混合物）は、開口３１７を通って導管３１６の下部３１５を経由し、中間部３２０を通って導管の上部３２２へ開口３１９まで上方に移動し、センサデバイス９９（図３Ａ）内に入る。センサデバイス９９の下面に到達すると、センサデバイス９９が、媒体の目的の特性（例えば、圧力、温度など）を測定する。
【００２６】
図４は、ヘッダ２０２の受入れ開口２０４内に取り付けられたダイパッドの透視図を示す。特に図４の実施形態では、ヘッダ２０２の受入れ開口２０４が、好ましくは下部２２８と上部２２６とを有する導管２２４に連通している一方で、下部２２８は、上部２２６の直径より大きい直径を有している。ダイパッド３００に対しては、導管２２４の下部２２８が、ベース３０２の直径と直径が実質的に同じであるのに対して、上部２２６の直径は、支持構造体３０４の直径よりわずかに大きい。
【００２７】
述べたように、ダイパッド３００の構成は、ヘッダ２０２によってセンサデバイス９９に加えられる応力、特に使用中の熱による変動を最小にする。ダイパッド３００の構造は、ヘッダ２０２との関係において、ダイパッド３００が、センサデバイス９９が動作中（例えば、センサパッケージが冷凍システムで使用されている際）にダイパッド３００に加えられる熱応力及びひずみを受けないようにするようになっている。特に、より大きい寸法を有するベース３０２は、ヘッダ２０２から様々な応力とひずみを受け、支持構造体３０４は、それら加えられた応力とひずみがセンサデバイス９９に到達するのを妨げる高さと壁厚の寸法を有している。これにより、適切な高さと壁厚の寸法では、センサデバイス９９が有害又は否定的な力の影響を受けないように、ヘッダ２０２からの力が、ベース３０２から支持構造体３０４に沿って移動するにつれて減少することになる。また、支持構造体３０４とヘッダの上部２２６との間の外径の差によって、ダイパッド３００とヘッダ２０２との間の熱膨張と熱収縮に起因する応力が直接支持構造体３０４に、したがってセンサデバイス９９に伝達されることが防止される。
【００２８】
一実施形態では、ベース３０２は、６．５ミリメートル（ｍｍ）の全体的な外径を有しており、ベースの高さは２．８ｍｍである。導管３１６の下部３１５は２．５ｍｍの直径を有している。加えて、支持構造体３０４は、４．５ｍｍの外径、３．５ｍｍの高さ及び２．０ｍｍの壁厚を有している。この明細書に記載された構成部品の上述の寸法が、ヘッダ２０２がアルミニウム製で、ダイパッド３００がコバール又はアンバー製の１つ以上の用途のうちの一例として提供されているという点に留意されたい。これにより、アセンブリが、使用される用途、及びアセンブリの個々の構成部品の材料の種類に基づいて様々な寸法を有することが考えられる。
【００２９】
ダイパッド３００は、好ましくは、ベース３０２の外面に沿った一組の溝３１０を有している。溝３１０は、取付け作業時に、ダイパッド３００がヘッダ２０２の受入れ開口２０４と下部２２８内にきつく嵌合するように、金属の塑性流れを受け入れる。
【００３０】
一実施形態では、少なくともダイパッド３００の一部が、ダイパッド３００上にＭＥＭＳを取り付けるために腐食防護と酸化物のない表面とを提供するように、Ｎｉ又はＮｉ／Ａｕのめっき層で被覆されている。一実施形態では、ＭＥＭＳ９９のダイ部が、Ａｕ／Ｓｎ（８０／２０）共晶合金を用いてダイパッド３００に取り付けられて、両者間に耐密封止を形成している。しかしながら、上述の共晶合金がただの一例に過ぎず、他の組成も考えられるという点に留意されたい。また、ＭＥＭＳ９９をダイパッド３００に取り付けるために、共晶合金のほかに、他の結合技術が採用されてもよい。
【００３１】
台座３０８の上面は、センサデバイス９９の底面を受けるように構成されている（図２Ｂ）。一実施形態では、センサデバイス９９の底面が金属被覆ガラスから作られ、それにより、金属被覆ガラスが台座３０８の上面に半田付けされる。一実施形態では、センサデバイス９９は、ケイ素とガラスから作り出され得るＭＥＭＳデバイスである。ケイ素などの材料の他の組み合わせも考えられる。金／錫に加えて、ダイアタッチ用の錫ベースの軟質はんだ材料も考えられる。台座３０８の上面の寸法は、台座３０８の上面に対するセンサデバイス９９の張出しを防ぐために、センサデバイス９９の対応寸法より大きいことが好ましい。
【００３２】
センサデバイスの開口に対するダイパッドの開口の相対的大きさが、センサデバイスが共晶半田を使ってダイパッドに取り付けられる際に特に、非常に重要であり得ることが分かっている。例えば、金属被覆ガラスからなる界面を有するセンサデバイスの場合、共晶半田が、開口ポートの張出し端縁に応力を発生させ、それによって界面の開口ポートの周りのガラスが亀裂を起こすという結果を招く恐れがある。したがって、ダイパッドの上面の開口の径がセンサデバイスの受入れポートより小さいことが好ましい。一実施形態では、０．８ｍｍの界面ポート径を有するセンサデバイスの場合、ダイパッドの上面の開口が直径０．３５ｍｍないし０．５０ｍｍであることが好ましい。センサデバイスのポート径に基づいて受け台の開口の他の径も考えられ、上述の直径の範囲に限定されないという点に留意されたい。
【００３３】
図では、ダイパッド３００が唯一のセンサデバイス９９を保持していることが示されているが、ダイパッド３００が１つより多い電子デバイスを受けるように構成されてもよいという点に留意されたい。例えば、ダイパッド３００は、１つ以上のセンサデバイスのみならず、１つ以上の集積回路（ＩＣ）及び／又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のデバイスを保持するように構成されてもよい。
【００３４】
台座３０８がダイパッドの支持構造体及びベースと一体的に形成されていることが述べられているが、台座３０８は、支持構造体３０４の上面にレーザ溶接されてもよい。あるいは、台座３０８は、Ｎｉ／Ａｕめっきを施された後に共晶はんだ付けされてもよい。ダイパッド３００の台座３０８と残りの部分のみならず、両者間の結合領域が選択的にめっきを施されてもよい。
【００３５】
図５は、一実施形態にかかるセンサアセンブリの製造及び組付け方法のフローチャートを示す。最初に、機械削り出し、型打ち、金属射出成形又は他の適切な方法によって、ダイパッドが形成される（９００）。一実施形態では、その後、支持構造体が、Ｎｉ／Ａｕ被膜などの腐食防止材料でめっきされる（９０２）。被膜は、ダイパッドの材料次第で他の材料であってもよい。
【００３６】
その後、センサデバイス９９、実施形態ではＭＥＭＳデバイスが、好ましくは共晶半田付け法を用いて、台座の受け台に結合される（９０４）。また、共晶半田付け法のほかに、ダイパッド及びセンサデバイスの材料に基づいて他の結合方法も考えられる。
【００３７】
９０６では、ダイパッド３００が、センサデバイス９９とともに、ヘッダ２０２に結合されることが好ましい。１つの例示の実施形態では、ダイパッド３００が、センサデバイス９９とともに、ヘッダ２０２の底部開口２０４に挿入され、それにより、ベース３０２と受入れ開口の下部２２４との間の直径の差が、ダイパッド３００が開口内に滑り嵌めされるほどになる。その例では、ヘッダ２０２は、好ましくは、プレス機上に保持され、それにより、金属製のヘッダ２０２への圧力によって受入れ開口の下部２２４の内面がベース３０２の外面に向かって内方に流れるように、打抜き型がヘッダ２０２の底面２０６に力を加える。上述したように、ベース３０２は、金属の塑性流れが埋めることによってダイパッド３００をヘッダ２０２内に締まり嵌めする溝３１０（図３Ａ）を備えていることが好ましい。その後、ＰＣＢ基板などの他のあらゆる部品も結合され、センサパッケージの製造と組付けが完了する（９０８）。上記はセンサパッケージを製造する好ましい例示の方法であり、追加及び／又は代わりのステップを有する他の方法も考えられるという点に留意されたい。
【００３８】
ある態様では、センサデバイスパッケージが、第１の表面と第２の表面を有するヘッダを備えている。ヘッダは、第１及び第２の表面の間に導管と、第１の表面内に開口とを備え、開口は導管と連通している。ダイパッドが、ベースと、ベースから延出する支持構造体を有している。支持構造体は、ＭＥＭＳデバイスを受けるように構成されており、ＭＥＭＳデバイスは、ある熱膨張率（ＣＴＥ）を有し、ダイパッドは、ＭＥＭＳデバイスのＣＴＥに実質的に適合したＣＴＥを有している。ダイパッドのベースは、ヘッダの導管に対して耐密に封止されており、支持構造体は、ダイパッドが導管内で熱膨張又は熱収縮を受ける際にヘッダとダイパッドとの間の力を最小にするように構成された寸法を有している。
【００３９】
ある局面では、センサデバイスパッケージが第１の熱膨張率（ＣＴＥ）を有するＭＥＭＳデバイスを備え、ＭＥＭＳデバイスは底面にポート開口を有している。ダイパッドが、上面でＭＥＭＳデバイスを受けるように構成されている。ダイパッドは、第１のＣＴＥに実質的に適合した第２のＣＴＥを有する材料から作られている。ダイパッドは、ＭＥＭＳデバイスのポート開口に媒体を送達させるように、ダイパッド内を通って延びる第１の導管を備えている。ダイパッドは、ベースと、第１のＣＴＥ及び第２のＣＴＥに適合した第３のＣＴＥを有する支持構造体とを備えている。支持構造体は、ダイパッドが熱膨張又は熱収縮を受ける際に、ダイパッドとＭＥＭＳデバイスの界面における力を最小にするように構成されている。支持構造体は、好ましくはベースから突出している。ダイパッドは、第１の導管と連通してダイパッド内を通って延びる第２の導管を備えており、ベース内の第２の導管は、支持構造体内の直径より大きい直径を有している。
【００４０】
ある態様では、センサデバイスパッケージを形成する方法が、ＭＥＭＳデバイスを受けるように構成されたダイパッドを形成するステップを備えている。ＭＥＭＳデバイスは第１の熱膨張率（ＣＴＥ）を有し、ダイパッドは、第１のＣＴＥに実質的に適合した第２のＣＴＥを有する材料から作られている。ダイパッドは、ベースと、ベースから突出する支持構造体を有している。この方法は、好ましくはメタルフローの手順で、ダイパッドをヘッダパッケージの受入れ開口に結合させるステップを備え、支持構造体は、ダイパッドがヘッダパッケージから熱膨張力又は熱収縮力を受ける際に、ＭＥＭＳデバイスにおける力を最小にするように構成された高さ寸法と壁厚を有している。
【００４１】
上記の態様のいずれか又はすべてにおいて、ダイパッドは、アンバー、コバール、ガラス、ケイ素又はセラミック材料から作られていてもよい。一実施形態では、ヘッダが、ダイパッドを受け入れるように構成され、鋼又はアルミニウムから作られている。一実施形態では、ベースは、支持構造体の壁厚より大きい壁厚を有している。一実施形態では、台座が、レーザ溶接法で支持構造体に結合されるか、又はその代わりに一体的に形成されている。一実施形態では、ダイパッドは、ＭＥＭＳデバイスと少なくとも１つの他のデバイスを受けるように構成されており、他のデバイスは集積回路デバイスであってもよい。一実施形態では、ダイパッドは、底面から上面にわたる導管を備えて、上面に、ＭＥＭＳデバイスの対応する開口と連通するように構成された第１の開口を画定しており、第１の開口は、ＭＥＭＳデバイスの対応する開口より小さい直径を有している。
【００４２】
実施形態と適用例が図示及び記載されたが、この明細書に開示された発明の概念から逸脱することなく、上述したものよりずっと多くの変形が可能であることはこの開示の利益を得る当業者にとって明白であろう。発明は、したがって、添付の特許請求の範囲の精神以外では限定されるべきではない。
［発明の例］
［例１］
第１の表面と第２の表面とを有するヘッダであり、前記第１の表面と前記第２の表面との間に設けられた導管と、前記第１の表面に設けられた第１の開口とを備え、前記第１の開口が前記導管と連通している、ヘッダ、及び、
ベースと、前記ベースから延出し、第１の熱膨張率（ＣＴＥ）を有するＭＥＭＳデバイスを受けるように構成された支持構造体とを有するダイパッドであり、前記第１のＣＴＥに実質的に適合した第２のＣＴＥを有するダイパッドと、
を備え、
前記ダイパッドの前記ベースが前記ヘッダの前記導管に対して耐密に封止されており、
前記支持構造体は、前記ダイパッドが前記導管内で熱膨張又は熱収縮を受ける際に前記ヘッダと前記ダイパッドとの間の力を最小にするように構成された寸法を有する、センサデバイスパッケージ。
［例２］
前記ダイパッドが、アンバー、コバール、ガラス、ケイ素及びセラミックからなる群から選択された材料から構成される、例１に記載のセンサデバイスパッケージ。
［例３］
前記ヘッダが鋼から構成される、例１に記載のセンサデバイスパッケージ。
［例４］
前記ヘッダがアルミニウムから構成される、例１に記載のセンサデバイスパッケージ。
［例５］
前記ベースが、前記支持構造体の壁厚より大きい壁厚を有する、例１に記載のセンサデバイスパッケージ。
［例６］
前記ＭＥＭＳデバイスと前記支持構造体との間に配置された台座をさらに備える、例１に記載のセンサデバイスパッケージ。
［例７］
前記台座と前記支持構造体が一体的に形成されている、例６に記載のセンサデバイスパッケージ。
［例８］
前記ダイパッド上にニッケル金の層が設けられている、例１に記載のセンサデバイスパッケージ。
［例９］
前記ダイパッドが、前記ＭＥＭＳデバイスと少なくとも１つの他のデバイスを受けるように構成されている、例１に記載のセンサデバイスパッケージ。
［例１０］
前記ＭＥＭＳデバイスが第２の開口を備え、前記第１の開口が前記第２の開口と連通するように構成されており、前記第１の開口が前記第２の開口より小さい直径を有する、例９に記載のセンサデバイスパッケージ。
［例１１］
センサデバイスパッケージを形成する方法であって、
第１の熱膨張率（ＣＴＥ）を有するＭＥＭＳデバイスを受けるように構成されているダイパッドであり、前記第１のＣＴＥに実質的に適合した第２のＣＴＥを有する材料から作られ、ベースと、前記ベースから突出する支持構造体とを有するダイパッドを形成するステップと、
前記ダイパッドをヘッダパッケージの受入れ開口に結合させるステップと、
を備え、
前記支持構造体が、前記ダイパッドが前記ヘッダパッケージから熱膨張力又は熱収縮力を受ける際に、前記ＭＥＭＳデバイスにおける力を最小にするように構成された高さ寸法と壁厚を有する、方法。
［例１２］
前記ダイパッドが、アンバー、コバール、ガラス、ケイ素及びセラミックからなる群から選択された材料から構成される、例１１に記載の方法。
［例１３］
前記ダイパッドが、前記ダイパッドの底面から上面にわたる導管を備えて、前記上面に、前記ＭＥＭＳデバイスの対応する開口と連通するように構成された第１の開口を画定しており、前記第１の開口が、前記ＭＥＭＳデバイスの前記対応する開口より小さい直径を有する、例１１に記載の方法。
［例１４］
前記ダイパッドが、前記ＭＥＭＳデバイスと少なくとも１つの他のデバイスを受けるように構成されている、例１１に記載の方法。
［例１５］
前記ダイパッドが、ベースと、前記第１のＣＴＥ及び前記第２のＣＴＥに適合した第３のＣＴＥを有する支持構造体とを備える、例１に記載のセンサデバイスパッケージ。
［例１６］
前記支持構造体が前記ベースから突出している、例１に記載のセンサデバイスパッケージ。
［例１７］
前記ダイパッドが、前記第１の導管と連通した状態で前記ダイパッド内を通って延びる第２の導管を備え、前記ベース内の前記第２の導管が、前記支持構造体内の直径より大きい直径を有している、例１に記載のセンサデバイスパッケージ。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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