(57)【要約】【課題】半導体圧力センサは、シリコン製台座ないしガラス製台座にシリコン製圧力センサを接合させるとともに、前記台座は金属製パッケージに接合して製作される。前記台座の接合面が正方形ないし長方形である場合、温度上昇による前記金属製パッケージの熱ひずみを原因とする熱応力が前記台座の角部に集中する。その結果、前記台座の角部にひび割れを発生する可能性は高く、前記台座のみならず最悪、前記シリコン製圧力センサを壊す恐れがある。【解決手段】前記金属製パッケージが前記台座と接合する形状は、貫通穴と同心円の外周と同じ形状になる様に、前記台座ないし前記金属製パッケージを加工することで、前記金属製パッケージの熱膨張を起因とする前記台座の熱応力は、接合面の外周部で均等になる。このことで熱応力集中を避けることが可能になる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン製圧力センサと、貫通穴を備えたシリコンチューブ台座とを接合するとともに、前記シリコンチューブ台座と金属製パッケージとを接合する半導体圧力センサにおいて、
前記金属製パッケージに接合する前記シリコンチューブ台座の端面は、その外周の輪郭に鋭角の角部を持たず、かつその差し渡し寸法が前記金属製パッケージの接合面の差し渡し寸法より小さいことを特徴とする半導体圧力センサ構造。
【請求項２】
請求項１において、
記金属製パッケージに接合する前記シリコンチューブ台座の端面の外周の輪郭を円形に加工したことを特徴とする半導体圧力センサ構造。
【請求項３】
請求項１において、
前記金属製パッケージに接合する前記シリコンチューブ台座の端面の外周の輪郭が方形に形成されるとともに、
前記方形の角部を丸めた形に加工したことを特徴とする半導体圧力センサ構造。
【請求項４】
シリコン製圧力センサと、貫通穴を備えたシリコンチューブ台座とを接合するとともに、前記シリコンチューブ台座と金属製パッケージとを接合する半導体圧力センサにおいて、
前記シリコンチューブ台座に接合するために前記金属製パッケージに形成された端面の外周の輪郭に鋭角の角部を持たず、
かつその差し渡しの寸法が前記シリコンチューブ台座の接合面の差し渡し寸法より小さいことを特徴とする半導体圧力センサ構造。
【請求項５】
請求項４において、
前記シリコンチューブ台座と接合する前記金属製パッケージの端面は、その外周の輪郭が円形に加工されているとともに、前記金属製パッケージの端面の外周が前記シリコンチューブ台座の端面の外周からはみ出さないように、端面同士が接合されていることを特徴とする半導体圧力センサ構造。
【請求項６】
請求項４において、
前記シリコンチューブ台座に接合する記金属製パッケージの端面の外周の輪郭が方形を形成するとともに、
前記方形の角部を丸めた形に加工したことを特徴とする半導体圧力センサ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱応力緩和構造を採用した半導体圧力センサ構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体圧力センサは、シリコン製圧力センサと、シリコン製台座ないしガラス製台座と、金属製パッケージで構成している。シリコン製圧力センサと、シリコン製台座ないしガラス製台座の接合に陽極接合技術を使う。シリコン製台座と、金属製パッケージの接合にエポキシ接着剤を使い、ガラス製台座と金属製パッケージの接合にメタライズと半田を使う。
シリコン製台座ないしガラス製台座の熱膨張係数と、金属製パッケージの熱膨張係数は異なる。通常  金属製パッケージの熱膨張係数の数値は、シリコン製台座ないしガラス製台座の熱膨張係数より大きな数値である。温度が上昇すると、金属製パッケージで生ずる熱膨張は台座より大きい。金属パッケージに接合しているシリコン製台座の接合面、ないしガラス製台座の接合面に熱応力が働く。最悪、シリコン製台座ないしガラス製台座が、割れる恐れがある。そのため、シリコン製台座ないしガラス製台座と、金属製パッケージの接合面に、台座と金属製パッケージの熱膨張係数の違いを吸収するメタライズと半田を選ぶことが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１６２０６８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
先行文献１の半導体圧力センサは、シリコン製圧力センサ、ガラス製台座、金属製パッケージから構成している。前記ガラス製台座と、前記金属製パッケージは貫通穴を備え、前記貫通穴を通して圧力変動が前記シリコン製圧力センサに伝えるとともに、センサに組み付けたダイヤフラムの変形により、ダイヤフラムに組み込んでいる抵抗の値の変化を生じる。抵抗値の変化を圧力変化として計測する。前記ガラス台座と前記金属製パッケージを接合するため、メタライズと半田を使用している。熱膨張係数の大きさは、シリコン製圧力センサ、ガラス製台座そして金属製パッケージの順で大きくなるように選択することで、金属製パッケージとの接合面に生じるガラス製台座の熱応力を小さくしている。なお半田層に関しては融点温度を規定のものを選択して、前記金属製パッケージ熱膨張によるガラス製台座へ熱応力の影響を少なくしている。
【０００５】
シリコン製台座と金属製パッケージの接合部の端面の外周の輪郭が方形の場合の熱応力を、図１、図２そして図３を使って説明する。
【０００６】
図１は、シリコン製台座の接合部の端面の外周の輪郭が正方形の場合の圧力センサ全体の斜視図である。１はシリコン製圧力センサである。２はシリコンチューブ台座である。金属製パッケージ３と接合したシリコンチューブ台座２の角部である４１、４２、４３は、金属パッケージの熱膨張ひずみにより熱応力が集中する箇所である。前記接合部での残り１個の角部は陰になっているので図示しない。
【０００７】
図２は、前記図１の断面図であり、金属パッケージ３の貫通穴５１が、シリコン製圧力センサ１へ圧力変動を伝える。シリコン製圧力センサ１は、エッチング技術により削とって開けた空間１１と、圧力変動を受けるメンブレン１０から構成される。メンブレン１０にひずみゲージが組み込まれており、前記ひずみゲージの値ないし、前記ひずみゲージの変化量を換算して計測圧力データとして活用する。
【０００８】
シリコン製圧力センサ１とシリコンチューブ台座２の接合に、陽極接合技術を使う。シリコンチューブ台座２と金属製パッケージ３の接合にエポキシ接着剤を使う。
【０００９】
図３は、前記図１の構成を説明する平面図である。シリコンチューブ台座２は正方形として描いている。貫通穴５１の中心からシリコンチューブ台座２の外周までの距離は、前記台座の外周部で均等ではない。シリコンチューブ台座２の外周の角部で、貫通穴の中心からの距離が一番大きい。  シリコンチューブ台座２の熱膨張率と比べると、金属製パッケージ３の熱膨張率の数値が大きいため、金属製パッケージ３と接合したシリコンチューブ台座２が受ける熱応力は、シリコンチューブ台座２の外周部が角部で最大となる。
この結果、シリコンチューブ台座２の外周の角部に集中して熱応力が働くことから、この角部で、ひびや、割れが発生する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
シリコンチューブ台座の接合部の端面の外周の形状が、貫通穴の中心から前記平面の端までの寸法が均等であることをと特徴とする、
あるいはシリコンチューブ台座の接合した端面の外周の形状を方形にした場合、前記角部を加工して鋭角の角を持たないことを特徴とする構造を採用する。
【発明の効果】
【００１１】
シリコンチューブ台座と接合している金属製パッケージの貫通穴の中心から距離が均等ないし均等に近づけていることから、温度上昇による金属製パッケージの熱膨張ひずみは、シリコンチューブ台座の金属製パッケージに接合した端面の外周に集中することを防げる。その結果、シリコンチューブ台座にひびや、割れが発生する恐れは減少する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】圧力センサ全体の斜視図
【図２】圧力センサの断面図
【図３】圧力センサ構成を説明する平面図
【図４】本発明（実施例その１）の圧力センサ全体の斜視図
【図５】本発明（実施例その１）の圧力センサ全体の断面図
【図６】本発明（実施例その２）の圧力センサ全体斜視図
【図７】本発明（実施例その２）の圧力センサ全体の断面図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態１.を図４と図５を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
実施の形態１．
【００１５】
図４は、本発明の半導体圧力センサ構造を説明する斜視図である。図５は、前記図４の断面図である。シリコンチューブ台座は２１および２２からなる。貫通穴５１の中心からの距離がシリコンチューブ台座の端面の外周部で均等となる加工を施し箇所が２２である。２２は円筒形状を呈しており、その端面は中心に穴をもつ円板上の平面である。すなわち、端面の外周の輪郭は円形をなしている。この外周部の加工には、ブラスト加工技術、旋盤加工技術またはミーリング加工技術を想定している。前記加工を行わない箇所が２１である。すなわち、２１は角筒形状を呈している。
【００１６】
シリコン製圧力センサ１とシリコンチューブ台座２１の接合には、陽極接合技術を用いる。シリコンチューブ台座２２の円板状の端面と金属製パッケージ３の平面との接合にはエポキシ接着剤を用いる。なお、シリコンチューブ台座２２の円板状の端面の直径（差し渡し）は、それが接合される金属製パッケージ３の平面の直径（差し渡し）よりも小さく設定されている。両者が接合された状態において、シリコンチューブ台座２２の端面の外周は金属製パッケージ３の平面から外側へはみ出していない。
【００１７】
熱膨張率が大きい金属製パッケージ３の熱ひずみを受ける前記シリコンチューブ台座２２の端面の外周部で生じる熱応力は、均等になる。前記熱応力が均等化した前記シリコンチューブ台座２２の領域は、破線で囲った領域６である。
【００１８】
前記シリコンチューブ台座の接合の端面の外周の輪郭は、円形に限らず楕円としても良い。
【００１９】
前記金属製パッケージと接合するシリコンチューブ台座の端面の外周の輪郭が方形である場合、前記方形の角部を丸める（Ｒをつける）加工をして、あるいは面取り加工して鋭角の角部にしないことでも熱応力の集中発生は防げる。
【００２０】
本発明の実施の形態２.を図６から図７を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
実施の形態２．
図６は、半導体圧力センサ構造の斜視図である。図７は、前記図５の断面図である。金属製パッケージは３１および３２からなる。３２には、端面の外周が貫通穴５１の中心からの距離が均等となる加工を施されている。３２は円筒形状を呈しており、その端面は中心に穴をもつ円板状の平面である。すなわち、端面の外周の輪郭は円形をなしている。この外周部の加工には、旋盤加工技術またはミーリング加工技術を想定している。金属製パッケージで前記加工を行わない箇所が３１である。金属パッケージ３２の円板状の端面とシリコンチューブ台座３の方形の平面との接合にはエポキシ接着剤を用いる。
熱膨張率が大きい金属製パッケージ３２の端面の外周で生じる熱ひずみは、貫通穴５１の中心から同じ距離ことから均等になる。その結果前記金属製パッケージ３２と接合しているシリコンチューブ台座２の端面の外周部において熱応力は均等化される。
【００２２】
前記図７においては、前記金属製パッケージ３２の接合面の直径（差し渡し）は、前記シリコンチューブ台座２の方形の接合面の各辺の長さ（差し渡し）より小さく、かつその外周が前記シリコンチューブ台座２の接合面から外側へはみ出していないことが示されている。
【００２３】
シリコンチューブ台座２との接合の端面の形状を円形とした前記金属製パッケージ３２を採用したことで金属製パッケージに起因する熱応力の過度の集中が避けられる。
【００２４】
シリコン製圧力センサ１とシリコンチューブ台座２の接合に、陽極接合技術を使う。
【００２５】
前記シリコンチューブ台座と接合する金属製パッケージの端面の外周の輪郭は、円形に限らず楕円としても良い。
【００２６】
シリコンチューブ台座と接合する金属製パッケージの端面の外周の輪郭が方形である場合、前記方形の角部を丸める（Ｒをつける）加工をして、あるいは面取り加工をして、鋭角の角部にしないことでも熱応力の集中発生は防げる。
【符号の説明】
【００２７】
１                シリコン製圧力センサ
１１              シリコン製圧力センサのエッチング技術で開けた領域
２                シリコンチューブ台座
２１              シリコンチューブ台座
２２              加工済のシリコンチューブ台座
３                金属製パッケージ
３１              金属製パッケージ
３２              加工済の金属製パッケージ
４１、４２、４３  シリコンチューブ台座の角部
５１              貫通穴
６                熱応力の集中を逃れた領域
【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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【図６】
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【図７】
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