(57)【要約】【課題】フル充填ゲル構造を有する半導体圧力センサにおいて、ボンディングワイヤを極力太くすることなく、当該ワイヤの強度を向上させる。【解決手段】導電材料よりなる導体部２と、圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生する半導体よりなるセンサチップ３と、センサチップ３と導体部２とを電気的に接続するボンディングワイヤ５と、電気的な絶縁性且つ柔軟性を有し、センサチップ３及びボンディングワイヤ５を被覆して保護する保護部材６とを備える半導体圧力センサ１００において、ボンディングワイヤ５は、金とパラジウムから構成された合金よりなる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電材料よりなる導体部（２）と、
圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生する半導体よりなるセンサチップ（３）と、
前記センサチップと前記導体部とを電気的に接続するボンディングワイヤ（５）と、
電気的な絶縁性且つ柔軟性を有し、前記センサチップ及び前記ボンディングワイヤを被覆して保護する保護部材（６）とを備える半導体圧力センサにおいて、前記ボンディングワイヤは、金とパラジウムから構成された合金よりなることを特徴とする半導体圧力センサ。
【請求項２】
前記ボンディングワイヤ（５）の線径はφ４０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体圧力センサ。
【請求項３】
前記センサチップ（３）からの前記電気信号を処理するための回路チップを備えており、
前記回路チップと前記センサチップとは、第２のボンディングワイヤによって電気的に接続されており、
前記回路チップおよび前記第２のボンディングワイヤも前記保護部材（６）によって被覆されて保護されており、
前記第２のボンディングワイヤは、金とパラジウムから構成された合金よりなることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体圧力センサ。
【請求項４】
前記ボンディングワイヤ（５）の線径はφ４０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体センサチップとターミナルとの間またはセンサチップと回路チップとの間をボンディングワイヤにて接続し、これら接続された各部をゲル等の保護部材で被覆してなる半導体圧力センサに関し、例えば、自動車の吸気圧センサ等に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
この種の半導体圧力センサとしては、一般に、ターミナル等の導電材料よりなる導体部と、圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生する半導体よりなるセンサチップと、センサチップと導体部とを電気的に接続する金またはアルミからなるボンディングワイヤと、電気的な絶縁性且つ柔軟性を有し、センサチップ及びボンディングワイヤを被覆して保護する保護部材とを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
そして、このセンサは、例えば、自動車エンジンのインテークマニホールド内の圧力を測定するセンサ、すなわち吸気圧センサ（ＭＡＰＳ：ＭａｎｉｆｏｌｄＡｂｓｏｌｕｔｅ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｅｎｓｏｒ）等に適用される。この吸気圧センサは、インテークマニホルド圧の制御に使用するの基本となるセンサである。
【０００４】
このような半導体圧力センサは、センサチップおよびボンディングワイヤをシリコーンゲルやフッ素ゲルといったゲル等からなる保護部材で被覆するため、フル充填ゲル構造と呼ばれることがある。ちなみに、これに対するものとして部分充填ゲル構造があるが、これは、センサチップは保護部材で被覆するが、ボンディングワイヤは被覆しない構造である。
【０００５】
このフル充填ゲル構造は、部分充填ゲル構造に比べて、センサチップやボンディングワイヤの保護性に優れる。例えば、近年、自動車用の吸気圧センサでは、耐スラッジ性や耐氷結性、あるいはＥＧＲガスによる汚染の影響等を考慮し、フル充填ゲル構造が主流となりつつある。
【０００６】
また、このようなフル充填ゲル構造を持つ半導体圧力センサにおいては、必要に応じて、センサチップからの電気信号を処理するための回路チップが備えられている。その場合、回路チップとセンサチップとは第２のボンディングワイヤによって電気的に接続されており、回路チップおよび第２のボンディングワイヤも保護部材によって被覆されて保護されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１５３７４６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したフル充填ゲル構造の半導体圧力センサにおいては、センサチップと導体部間のボンディングワイヤ、あるいはセンサチップと回路チップの間のボンディングワイヤは、金またはアルミからなるワイヤにより行われている。
【０００９】
特に、チップ上のボンディングパッドが一般にアルミ基材であるため、ボンディングワイヤとしては、アルミよりも接合強度に優れた金が用いられるのが主流である。
【００１０】
しかしながら、上記したフル充填ゲル構造の半導体圧力センサにおいては、ゲル等からなる保護部材が冷熱サイクルによって膨張・収縮するため、ボンディングワイヤに応力が加わり、例えばワイヤのネック部が破壊する等、ボンディングワイヤの寿命の低下が問題となる。
【００１１】
また、ボンディングワイヤの寿命を向上させるため、ワイヤの線径を大きくすると、チップ側のボンディングパッドの面積も大きくなるため、高集積化が望まれるチップ構成にとっては好ましくない。例えば、従来では、ワイヤの線径は３０μｍから４０μｍ程度であり、４０μｍより大きい線径とすることは、好ましくない。
【００１２】
また、ボンディングワイヤの線径を大きくすれば、ワイヤの強度（剛性）が高くなる分、余分な応力がかかるため、ワイヤの寿命は低下し、コストも上がることになる。
【００１３】
さらに、ボンディングワイヤの剛性が高すぎれば、ゲル等からなる保護部材の変位にワイヤが追従できず、保護部材に傷がつき、圧力サイクルにおいて保護部材内に気泡が発生する原因となる。また、同時に生じる保護部材の変位の大きさにボンディングワイヤが追従できず、ワイヤ断線を招く恐れが増す。
【００１４】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、フル充填ゲル構造を有する半導体圧力センサにおいて、ボンディングワイヤを極力太くすることなく、ボンディングワイヤの強度を向上させることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
ボンディングワイヤの強度を劣化させる原因としては、アルミ基材からなるボンディングパッドと金からなるボンディングワイヤとの間で、相互に、金とアルミが拡散することが考えられる。
【００１６】
本発明者は、従来のボンディングワイヤが純金からなるものであるため、アルミが拡散しやすくなっていたと考え、ボンディングワイヤを金と他の金属との合金からなるものにすれば、ワイヤ中へのアルミの拡散を抑制し、ワイヤ強度を向上できると考えた。
【００１７】
そして、ボンディングワイヤを構成する金属として、種々の金の合金を用いて実験検討した結果、ボンディングワイヤを金とパラジウムから構成された合金よりなるものにすれば、上記目的を達成できることを見出した。
【００１８】
すなわち、請求項１に記載の発明では、導電材料よりなる導体部（２）と、圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生する半導体よりなるセンサチップ（３）と、センサチップと導体部とを電気的に接続するボンディングワイヤ（５）と、電気的な絶縁性且つ柔軟性を有し、センサチップ及びボンディングワイヤを被覆して保護する保護部材（６）とを備える半導体圧力センサにおいて、ボンディングワイヤは、金とパラジウムから構成された合金よりなることを特徴とする。
【００１９】
それによれば、ボンディングワイヤを、金とパラジウムから構成された合金よりなるものにすることにより、従来に比べてボンディングワイヤを極力太くすることなく、当該ワイヤの強度を向上させることができる。
【００２０】
具体的には、請求項２に記載の発明のように、ボンディングワイヤ（５）の線径はφ４０μｍ以下にすることができる。
【００２１】
また、請求項３に記載の発明のように、センサチップ（３）からの電気信号を処理するための回路チップを備えており、回路チップとセンサチップとが第２のボンディングワイヤによって電気的に接続されており、回路チップおよび第２のボンディングワイヤも保護部材（６）によって被覆されて保護されている場合、第２のボンディングワイヤも、金とパラジウムから構成された合金よりなるものにできる。
【００２２】
それによれば、いわゆるチップ−チップ間を接続する第２のボンディングワイヤについても、従来に比べてボンディングワイヤを極力太くすることなく、当該ワイヤの強度を向上させることができる。
【００２３】
そして、この第２のボンディングワイヤについても、請求項４に記載の発明のように、線径がφ４０μｍ以下であるものにできる。
【００２４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る半導体圧力センサ１００の要部概略断面図である。このセンサ１００は、例えば、自動車のエンジン吸気圧測定用圧力センサとして適用できる。
【００２６】
ケース１は、例えばフィラーが充填されたエポキシ樹脂やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）の樹脂等よりなり、型成形等にて作られる。
【００２７】
このケース１には、銅などの導電材料よりなるターミナル（本発明でいう導体部に相当）２がインサート成形等により一体的に設けられている。このターミナル２は、ケース１の適所にて外部に露出し、外部配線部材と電気的に接続されるものである。
【００２８】
また、ケース１の内部には、圧力を検出してその検出値に応じたレベルの電気信号を発生する半導体よりなるセンサチップ３が、設けられている。本例のセンサチップ３は、ピエゾ抵抗効果を利用した周知構成のもので、ダイアフラムと該ダイアフラム上に形成された拡散抵抗等を備えることによって、センサチップ３の厚さ方向に加わる応力に基づいて信号が出力されるようになっている。
【００２９】
このセンサチップ３は、ケース１に形成された凹部１ａの底面にガラス台座４を介して、例えばフロロシリコーン系の接着剤等からなる接着剤４ａによりダイボンディングされている。
【００３０】
また、センサチップ３の上面には、ボンディングパッド３ａが形成されている。このボンディングパッド３ａとしては、スパッタや蒸着等にて成膜されたアルミ基材からなるアルミ膜が典型的なものである。アルミ基材としては、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ等が挙げられ、本例のパッド３ａでは、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金からなるアルミ膜としている。
【００３１】
そして、このセンサチップ３のボンディングパッド３ａと、ターミナル２とは、金（Ａｕ）とパラジウム（Ｐｄ）から構成された合金（Ａｕ−Ｐｄ合金）よりなるボンディングワイヤ５によって結線され、電気的に接続されている。
【００３２】
このＡｕ−Ｐｄ合金よりなるボンディングワイヤ５は、ウェッジボンディング法により形成されるものであり、その合金組成は、Ｐｄが１％〜１０％程度、残部がＡｕであるものを採用することができる。
【００３３】
また、ボンディングワイヤ５の線径はφ４０μｍ以下、好ましくはφ３０μｍ〜φ４０μｍである。本例のボンディングワイヤ５では、Ａｕ：９９％、Ｐｄ：１％の合金組成であって、線径がφ３８μｍのものを採用している。
【００３４】
また、ケース１内には、センサチップ３及びボンディングワイヤ５の保護、電気的な絶縁性の確保、並びに防食などを図るための絶縁材料製の保護部材６が、センサチップ３及びボンディングワイヤ５を埋めるように充填されている。
【００３５】
この保護部材６により、センサチップ３、ボンディングワイヤ５、センサチップ３とボンディングワイヤ５との接続部、及び、リード部材２とボンディングワイヤ５との接続部が、被覆保護されている。
【００３６】
このような保護部材６としては、電気絶縁性、柔軟性、耐熱衝撃性、耐振動性、耐熱・耐寒性に優れたフッ素ゲル、シリコーンゲル、フロロシリコーンゲル等のゲル材料が用いられる。本例では、圧力センサに用いられるゲルの中でも、最も透湿性の低いフッ素ゲルを採用している。
【００３７】
このフッ素ゲルからなる保護部材６は、センサチップ３およびワイヤボンディングがなされたケース１の内部へ、流動状態で充填された後、熱硬化処理（例えば、約１５０℃で９０分程度加熱する処理）を行うことで、ケース１内へ配設される。
【００３８】
そして、このような半導体圧力センサ１００においては、図１中の白抜き矢印Ｐに示すように、保護部材６の表面から圧力が印加され、この圧力は保護部材６を介してセンサチップ３に印加される。
【００３９】
このとき、センサチップ３からは印加圧力に応じたレベルの電気信号が発生し、この信号は、金属薄膜３ａからボンディングワイヤ５、リード部材２を介して外部へ取り出される。こうして、圧力検出が可能となっている。
【００４０】
ところで、本実施形態では、ボンディングワイヤ５を、金とパラジウムから構成された合金よりなるものにしている。このようなボンディングワイヤ５を採用した根拠について述べる。
【００４１】
センサチップ３上に形成されるボンディングパッド３ａとして、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕからなる厚さ１．３５μｍのアルミ膜を用い、ボンディングワイヤ５として、Ａｕ−Ｐｄ合金（Ｐｄ１％、残部Ａｕ）からなる本実施形態のワイヤと、比較例として従来の純金からなるワイヤとを用いた。本実施形態のワイヤと比較例のワイヤとは同じ線径（例えばφ３８μｍ）とした。
【００４２】
そして、１７５℃の温度環境にて２時間放置した後、引っ張り強度を測定した。この引っ張り強度試験では、ボンディングワイヤ５のネック部の断線が発生した時点の強度を求めた。その結果、比較例のワイヤでは引っ張り強度が９ｇｆであったのに対し、本実施形態のワイヤ５では引っ張り強度が１５ｇｆであり、ワイヤ強度の向上が見られた。
【００４３】
なお、例えば、ボンディングパッド５として、Ａｌ−Ｓｉからなる厚さ５．５μｍのアルミ膜を用いた場合でも、本実施形態のワイヤ５における引っ張り強度の優位性を確認することができた。このように、Ａｕ−Ｐｄ合金からなるボンディングワイヤ５とすることにより、従来に比べてワイヤ強度の向上が見られることを確認した。
【００４４】
次に、実際に、上記図１に示した半導体圧力センサ１００の構造において、ボンディングワイヤ５として、Ａｕ−Ｐｄ合金（Ｐｄ１％、残部Ａｕ）からなる本実施形態のワイヤと、比較例として従来の純金からなるワイヤとを用いたものを作製した。
【００４５】
ここで、本実施形態のボンディングワイヤ５としては、線径がφ３８μｍのものを用い、比較例のワイヤの線径としては、従来レベルの範囲であるφ３０μｍ、および従来よりも太く且つチップの高集積化には不適な太さであるφ５０μｍの２種類とした。
【００４６】
そして、これら本実施形態および比較例について、自動車用の仕様としては一般的な−４０℃、３０分と１２５℃、３０分との冷熱サイクル試験を行った。その結果、φ３０μｍの純金のボンディングワイヤを用いた従来のものでは、数百サイクルで、ワイヤネック部の断線が生じた。
【００４７】
それに対し、チップの高集積化には不適なまでに太くしたφ５０μｍの純金のボンディングワイヤを用いたもの、および本実施形態のボンディングワイヤ５を用いたものでは、約１０倍の数千サイクルまで寿命が延びた。
【００４８】
つまり、本実施形態のＡｕ−Ｐｄ合金からなるボンディングワイヤ５では、従来レベルの線径を維持しつつ、ボンディングワイヤ５の強度を向上させ得ることが確認できた。以上が、ボンディングワイヤ５を、金とパラジウムから構成された合金よりなるものにした根拠である。
【００４９】
このように、本実施形態の半導体圧力センサ１００によれば、ボンディングワイヤ５を、金とパラジウムから構成された合金よりなるものにすることにより、チップの高集積化を阻害しない従来レベルの太さ（例えばφ４０μｍ）にて、当該ワイヤ５の強度を向上させることができる。
【００５０】
（他の実施形態）
なお、上記半導体圧力センサ１００において、図示しないが、ケース１の適所に、センサチップ３からの電気信号を処理するための回路チップを設け、当該回路チップとセンサチップ３とを第２のボンディングワイヤによって電気的に接続し、回路チップおよび第２のボンディングワイヤも保護部材６によって被覆・保護しても良い。
【００５１】
この場合、上記第２のボンディングワイヤも、金とパラジウムから構成された合金よりなるものにできる。それによれば、いわゆるチップ−チップ間を接続する第２のボンディングワイヤについても、従来に比べてボンディングワイヤを極力、太くすることなく、当該ワイヤの強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体圧力センサの要部概略断面図である。
【符号の説明】
２…導体部としてのターミナル、３…センサチップ、
５…ボンディングワイヤ、６…保護部材。
【図１】
2004257950.tif 000003