(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体圧力センサチップが内蔵されたケースを有する半導体圧力センサにおいて、
一方の面に設けられた凹部によりダイアフラムが形成された板状の半導体圧力センサチップと、
この半導体圧力センサチップの一方の面が、一方の面に接続され、前記凹部に連通する第１の導圧孔が設けられた母基板と、
前記半導体圧力センサチップの周囲に隙間を保って設けられたスペーサと、
このスペーサの一方の面に設けられた回路パターンと、
この回路パターンと前記半導体圧力センサチップとを接続するボンディングワイヤと、
前記回路パターンに一端面が接続されたバンプと、
このバンプの他端面に一方の面が接続され、このバンプの周辺に形成された空間に連通する第２の導圧孔と前記バンプに一端が接続され外部に信号が取り出される信号線とが設けられた絶縁板と、
この絶縁板に一端側が接続され他端側が前記母基板に接続され半導体圧力センサチップと前記スペーサと前記バンプとが封入されたケースと
を具備したことを特徴とする半導体圧力センサ。
【請求項２】
前記スペーサと前記絶縁板とが同じ熱膨張係数を有する材料により構成されたこと
を特徴とする請求項１記載の半導体圧力センサ。
【請求項３】
前記絶縁板と前記ケースとが絶縁材からなり一体に形成されたこと
を特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体圧力センサに関するものである。
更に詳述すれば、バンプ接合に基づいても、高精度な圧力測定が出来、不良品の発生を防止できる半導体圧力センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図である。
図において、半導体圧力センサチップ１は、ガラス台座２を介して母基板３上に、ゴム，ゲル状のシリコーン樹脂またはエポキシ樹脂等の低応力の接着剤４によりダイボンディングされている。母基板３には、ガラス台座２の略中央に形成された貫通孔２ａを通って半導体圧力センサチップ１に連通する大気開放孔３ａが形成されている。また、大気開放孔３ａのガラス台座２の実装側には、テーパ３ｂが形成されている。
また、半導体圧力センサチップ１は、半導体圧力センサチップ１を収納する凹部５ａと、凹部５ａ内に圧力を印加する圧力導入孔５ｂとを有して成る樹脂モールドされたカバー５の凹部５ａ内に収納されており、カバー５の内周面の半導体圧力センサチップ１に形成された電極（図示せず）に対向する箇所から凹部５ａの開口側に至るまで回路パターン５ｃが形成されている。そして、回路パターン５ｃの一端はバンプ６を介して半導体圧力センサチップ１の電極（図示せず）に電気的に接続されており、他端は、母基板３上に形成された回路パターン７に電気的に接続されており、カバー５は接着剤４により母基板４上に接着されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２７４５８４号公報
【特許文献２】特開平１０−２７４５８２公報
【特許文献３】特開平１０−２７４５８３号公報
【特許文献４】特開２００４−４５２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような装置においては、以下の問題点がある。
バンプを介して半導体圧力センサとカバーが接合されているため、高圧力下の圧力測定において、圧力により変形したカバーの歪が直接圧力センサに伝わり、その歪を誤った信号として出力してしまう。
母基板と半導体圧力センサとカバーが、接着剤とバンプで強固に接合されているため、高圧力下の圧力測定において、母基板とカバー間に引き剥がし力が発生し、バンプ部に過大な応力集中が生じる。その応力がバンプを介してセンサに直接伝わるため、その歪を誤った信号として出力してしまう。
高圧力下の圧力測定において、母基板とカバー間に引き剥がし力が発生し、バンプ部に過大な応力集中が生じる。そのためバンプ界面で、剥がれや破壊の不良が発生する危険性が高い。
異種材料である半導体圧力センサとカバーがバンプ接合されているため、高温下または低温下の圧力測定において、半導体圧力センサとカバーの熱膨張係数差による歪が半導体圧力センサに伝わり、その歪を誤った信号として出力してしまう。
バンプ接合時に熱膨張係数差による残留歪が長期的にバンプ及び接合界面に集中することで、それらが疲労し出力値のドリフトを起こす。
バンプ接合時に熱膨張係数差による残留歪がバンプ部に集中し、バンプおよびその接合界面で剥がれや破壊の不良が発生する。
【０００５】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、バンプ接合に基づいても、高精度な圧力測定が出来、不良品の発生を防止できる半導体圧力センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を達成するために、本発明では、請求項１の半導体圧力センサにおいては、
半導体圧力センサチップが内蔵されたケースを有する半導体圧力センサにおいて、一方の面に設けられた凹部によりダイアフラムが形成された板状の半導体圧力センサチップと、この半導体圧力センサチップの一方の面が、一方の面に接続され、前記凹部に連通する第１の導圧孔が設けられた母基板と、前記半導体圧力センサチップの周囲に隙間を保って設けられたスペーサと、このスペーサの一方の面に設けられた回路パターンと、この回路パターンと前記半導体圧力センサチップとを接続するボンディングワイヤと、前記回路パターンに一端面が接続されたバンプと、このバンプの他端面に一方の面が接続され、このバンプの周辺に形成された空間に連通する第２の導圧孔と前記バンプに一端が接続され外部に信号が取り出される信号線とが設けられた絶縁板と、この絶縁板に一端側が接続され他端側が前記母基板に接続され半導体圧力センサチップと前記スペーサと前記バンプとが封入されたケースとを具備したことを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項２の半導体圧力センサにおいては、請求項１記載の半導体圧力センサにおいて、
前記スペーサと前記絶縁板とが同じ熱膨張係数を有する材料により構成されたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項３の半導体圧力センサにおいては、請求項１又は請求項２記載の半導体圧力センサにおいて、
前記絶縁板と前記ケースとが絶縁材からなり一体に形成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
圧力センサチップは、スペーサと隙間を保って、スペーサに設けられた回路パターンとボンディングワイヤにて接合されているために、絶縁板、スペーサー、ケースの熱膨張係数差による歪が圧力センサチップに加わらず、高温下または低温下の圧力測定においても、高精度な圧力測定を実現することができる半導体圧力センサが得られる。
圧力センサチップは、スペーサと隙間を保って、スペーサに設けられた回路パターンとボンディングワイヤにて接合されているために、高い圧力により変形した絶縁板やケースの歪は、圧力センサチップに伝わらず、高圧力下の圧力測定においても、高精度な圧力測定を実現することができる半導体圧力センサが得られる。
【００１０】
圧力センサチップは、スペーサと隙間を保って、スペーサに設けられた回路パターンとボンディングワイヤにて接合されているために、高圧力下の圧力測定においても、母基板とケース間の引き剥がしの力が、バンプ部分に伝わらず、高圧力下でもバンプ界面の剥がれや破壊の不良を極めて少なくすることができる半導体圧力センサが得られる。
【００１１】
本発明の請求項２によれば、次のような効果がある。
スペーサと絶縁板とが同じ熱膨張係数を有する材料により構成されたので、バンプに発生するバンプ接合時の残留歪がほぼゼロとすることが出来、残留応力によるバンプ及びその接合界面の剥がれや破壊の不良を無くすことができる半導体圧力センサが得られる。
【００１２】
本発明の請求項３によれば、次のような効果がある。
絶縁板とケースとが絶縁材からなり、一体に形成されたので、構成部品を少なくすることができ、安価にすることが出来る半導体圧力センサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図２】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図３】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図４】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図５】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図６】従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図である。
図において、図６と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図６との相違部分のみ説明する。
【００１５】
図１において、半導体圧力センサチップ１１は、一方の面に設けられた凹部１２によりダイアフラム１３が形成され板状をなす。
母基板１４は、半導体圧力センサチップ１１の一方の面が、一方の面に接続され、凹部１２に連通する第１の導圧孔１５が設けられている。
スペーサ１６は、半導体圧力センサチップ１１の周囲に隙間を保って設けられている。
回路パターン１７は、スペーサ１６の一方の面に設けられている。
ボンディングワイヤ１８は、回路パターン１７と半導体圧力センサチップ１１とを接続する。
【００１６】
バンプ１９は、回路パターン１７に一端面が接続されている。
絶縁板２１は、バンプ１９の他端面に一方の面が接続され、バンプ１９の周辺に形成された空間に連通する第２の導圧孔２２と、バンプ１９に一端が接続され外部に信号が取り出される信号線２３とが設けられている。
ケース２４は、絶縁板２１に一端側が接続され、他端側が母基板に接続され、半導体圧力センサチップ１１とスペーサ１６とバンプ１９とが封入されている。
なお、この場合は、スペーサ１６と絶縁板２１とが、同じ熱膨張係数を有する材料により構成されている。例えば、セラミックス材が使用されている。
【００１７】
また、この場合は、半導体圧力センサチップ１１と母基板１４との間には、ガラスの台座２５が設けられている。台座２５がなく、半導体圧力センサチップ１１と母基板１４とが直接に接続されても良いことは勿論である。
台座２５は、母基板１４と接合材料２６で封止接合され、第１の圧力導入孔１５と第２の圧力導入孔２２の圧力を分離する。
また、母基板１４とケース２４は、溶接、共晶接合、接着剤など、材料に適した接合方式で接合されている。
２７は、台座２５に設けられた第３の導圧孔である。
【００１８】
以上の構成において、半導体圧力センサチップ１１は、第１の圧力導入孔１５からの圧力と第２の圧力導入孔２２の圧力との圧力差で生じた歪を検出する。
検出された歪は半導体圧力センサチップ１１で電気信号に変換される。
半導体圧力センサチップ１１の電気信号は、ボンディングワイヤ１８、回路パターン１７、バンプ１９、信号線２３を通じて取り出される。
【００１９】
この結果、
圧力センサチップ１１は、スペーサ１６と隙間を保って、スペーサ１６に設けられた回路パターン１７とボンディングワイヤ１８にて接合されているために、絶縁板２１、スペーサー１６、ケース２４の熱膨張係数差による歪が圧力センサチップ１１に加わらず、高温下または低温下の圧力測定においても、高精度な圧力測定を実現することができる半導体圧力センサが得られる。
圧力センサチップ１１は、スペーサ１６と隙間を保って、スペーサ１６に設けられた回路パターン１７とボンディングワイヤ１８にて接合されているために、高い圧力により変形した絶縁板２１やケース２４の歪は、圧力センサチップ１１に伝わらず、高圧力下の圧力測定においても、高精度な圧力測定を実現することができる半導体圧力センサが得られる。
【００２０】
圧力センサチップ１１は、スペーサ１６と隙間を保って、スペーサ１６に設けられた回路パターン１７とボンディングワイヤ１８にて接合されているために、高圧力下の圧力測定においても、母基板１４とケース２４間の引き剥がしの力が、バンプ１９部分に伝わらず、高圧力下でもバンプ１９界面の剥がれや破壊の不良を極めて少なくすることができる半導体圧力センサが得られる。
【００２１】
スペーサ１６と絶縁板２１とが同じ熱膨張係数を有する材料により構成されたので、バンプ１９に発生するバンプ１９接合時の残留歪がほぼゼロとすることが出来、残留応力によるバンプ１９及びその接合界面の剥がれや破壊の不良を無くすことができる半導体圧力センサが得られる。
【００２２】
図２は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
図２においては、絶縁板２１の替わりに、セラミックス層３１と内部配線３２とすることで、ＨＴＣＣやＬＴＣＣなどの多層セラミックス基板と置き換えることができる。
なお、図示していないが、内部配線３２と信号線２３とは、半田等により電気的に接続されている。
【００２３】
図３は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
図３においては、ケース２４と絶縁板２１を、絶縁耐圧ケース４１と置き換えた実施例である。
【００２４】
この結果、構成部品を少なくすることができ、安価にすることが出来る半導体圧力センサが得られる。
【００２５】
図４は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
図４においては、母基板１４に第２の導圧孔５１が設けられている。
【００２６】
図５は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
図５においては、ケース２４に第２の導圧孔６１が設けられている。
【００２７】
なお、第１の導圧孔１５を真空封止することで絶対圧力計として使用することができることは勿論である。
第１の導圧孔１５と第２の導圧孔２２を、それぞれ高圧側と低圧側に接続することで差圧計やレベル計として使用することができることは勿論である。
【００２８】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【符号の説明】
【００２９】
１１    半導体圧力センサチップ
１２    凹部
１３    ダイアフラム
１４    母基板
１５    第１の導圧孔
１６    スペーサ
１７    回路パターン
１８    ボンディングワイヤ
１９    バンプ
２１    絶縁板
２２    第２の導圧孔
２３    信号線
２４    ケース
２５    台座
２６    接合材料
２７    第３の導圧孔
３１    セラミックス層
３２    内部配線
４１    絶縁耐圧ケース
５１    第２の導圧孔
６１    第２の導圧孔
【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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