(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主面に半導体素子が搭載される搭載部を有する絶縁基体と、該絶縁基体の表面および内部に配設されており、前記半導体素子の各電極が電気的に接続される複数の配線導体と、前記絶縁基体の他方の主面との間に略円板形状の密閉空間を形成するように可撓な状態で前記絶縁基体に接合された絶縁板と、前記密閉空間内の前記他方の主面に被着されており、前記配線導体の一つに電気的に接続された静電容量形成用の第一電極と、前記絶縁板の内側主面に前記第一電極と対向するように被着されており、前記配線導体の他の一つに電気的に接続された静電容量形成用の第二電極とを具備する圧力検出装置用パッケージであって、前記絶縁板は、セラミックからなり、上面外周部に前記密閉空間の外周部に対応する位置まで延在するメタライズ層が焼結一体化して形成されており、前記密閉空間の外周に沿って前記メタライズ層に対応する位置にうねりを有していることを特徴とする圧力検出装置用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力を検出するための圧力検出装置に使用される圧力検出装置用パッケージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧力を検出するための圧力検出装置として静電容量型の圧力検出装置が知られている。この静電容量型の圧力検出装置は、例えば図３に断面図で示すように、セラミックス材料や樹脂材料から成る配線基板21上に、静電容量型の感圧素子22と、パッケージ28に収容された演算用の半導体素子29とを備えている。感圧素子22は、例えばセラミックス材料等の電気絶縁材料から成り、上面中央部に静電容量形成用の一方の電極23が被着された凹部を有する絶縁基体24と、この絶縁基体24の上面に絶縁基体24との間に密閉空間を形成するようにして可撓な状態で接合され、下面に静電容量形成用の他方の電極25が被着された絶縁板26と、各静電容量形成用の電極23・25をそれぞれ外部に電気的に接続するための外部リード端子27とから構成されており、外部の圧力に応じて絶縁板26が撓むことにより各静電容量形成用の電極23・25間に形成される静電容量が変化する。そして、この静電容量の変化を演算用の半導体素子29により演算処理することにより外部の圧力を検出することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の圧力検出装置によると、感圧素子22と半導体素子29とを配線基板21上に個別に実装していることから、圧力検出装置が大型化してしまうとともに圧力検出用の電極23・25と半導体素子29との間の配線が長いものとなり、この長い配線間に不要な静電容量が形成されるため感度が低いという問題点を有していた。
【０００４】
そこで、本願出願人は、先に特願2000-178618において、一方の主面に半導体素子が搭載される搭載部を有する絶縁基体と、この絶縁基体の表面および内部に配設されており、半導体素子の各電極が電気的に接続される複数の配線導体と、絶縁基体の他方の主面の中央部に被着されており、配線導体の一つに電気的に接続された静電容量形成用の第一電極と、絶縁基体の他方の主面に、この主面の中央部との間に密閉空間を形成するように可撓な状態で接合された絶縁板と、この絶縁板の内側主面に第一電極に対向して被着されており、配線導体の他の一つに電気的に接続された静電容量形成用の第二電極とを具備する圧力検出装置用パッケージを提案した。この圧力検出装置用パッケージによると、一方の主面に半導体素子が搭載される搭載部を有する絶縁基体の他方の主面に静電容量形成用の第一電極を設けるとともに、この第一電極に対向する静電容量形成用の第二電極を内側面に有する絶縁板を、絶縁基体の他方の主面との間に密閉空間を形成するようにして可撓な状態で接合させたことから、半導体素子を収容するパッケージに感圧素子が一体に形成され、その結果、圧力検出装置を小型とすることができるとともに圧力検出用の電極と半導体素子とを接続する配線を短いものとして、これらの配線間に発生する不要な静電容量を小さなものとすることができる。
【０００５】
しかしながら、この特願2000-178618で提案した圧力検出装置用パッケージによると、絶縁板は可撓性の低いセラミックス材料から成り、かつ平板であることから撓み量が少なく、そのため小さな圧力の変化を検出しにくいという問題点を有していた。
【０００６】
本発明は、かかる上述の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、絶縁板の撓み量が大きく、小さな圧力の変化も良好に検出することが可能な高感度でかつ小型の圧力検出装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧力検出装置用パッケージは、一方の主面に半導体素子が搭載される搭載部を有する絶縁基体と、この絶縁基体の表面および内部に配設されており、半導体素子の各電極が電気的に接続される複数の配線導体と、絶縁基体の他方の主面との間に略円板形状の密閉空間を形成するように可撓な状態で絶縁基体に接合された絶縁板と、絶縁基体と絶縁板との間の密閉空間内における絶縁基体の他方の主面に被着されており、配線導体の一つに電気的に接続された静電容量形成用の第一電極と、絶縁板の内側主面に第一電極と対向するように被着されており、配線導体の他の一つに電気的に接続された静電容量形成用の第二電極とを具備する圧力検出装置用パッケージであって、絶縁板は、セラミックからなり、上面外周部に密閉空間の外周部に対応する位置まで延在するメタライズ層が焼結一体化して形成されており、密閉空間の外周に沿ってメタライズ層に対応する位置にうねりを有していることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、絶縁板は、セラミックからなり、上面外周部に密閉空間の外周部に対応する位置まで延在するメタライズ層が焼結一体化して形成されており、密閉空間の外周に沿ってメタライズ層に対応する位置にうねりを有していることから、このうねりによってその撓み量が大きくなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付の図面を基に詳細に説明する。図１は、本発明の圧力検出装置用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図であり、図中、１は絶縁基体、２は絶縁板、３は半導体素子である。
【００１０】
絶縁基体１は、下面中央部に半導体素子３を収容するための凹部１ａを有するとともに上面中央部に後述する絶縁板２との間に略円板状の密閉空間Ｓを形成するための略円形の凹部１ｃを有する酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体・ムライト質焼結体・ガラス−セラミックス等のセラミックス材料から成る積層体であり、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム・酸化珪素・酸化マグネシウム・酸化カルシウム等のセラミック原料粉末に適当な有機バインダ・溶剤・可塑剤・分散剤を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクタブレード法を採用してシート状に成形することにより複数枚のセラミックグリーンシートを得、しかる後、これらのセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工・積層加工・切断加工を施すことにより絶縁基体１用の生セラミック成形体を得るとともにこの生セラミック成形体を後述する絶縁板２用のセラミックグリーンシートとともに約1600℃の温度で焼成することにより製作される。
【００１１】
絶縁基体１は、その下面中央部に形成された凹部１ａの底面中央部が半導体素子３が搭載される搭載部１ｂとなっており、この搭載部１ｂに半導体素子３を搭載するとともに凹部１ａ内に例えばエポキシ樹脂等の樹脂製封止材４を充填することにより半導体素子３が封止される。なお、この例では半導体素子３は樹脂製封止材４を凹部１ａ内に充填することにより封止されるが、半導体素子３は絶縁基体１の下面に金属やセラミックスから成る蓋体を凹部１ａを塞ぐように接合させることにより封止されてもよい。
【００１２】
また、搭載部１ｂには半導体素子３の各電極に接続される複数の配線導体５が導出しており、この配線導体５と半導体素子３の各電極をボンディングワイヤ６等の電気的接続手段を介して接続することにより半導体素子３の各電極と各メタライズ配線導体５とが電気的に接続される。なお、この例では、半導体素子３の電極と配線導体５とはボンディングワイヤ６を介して接続されるが、半導体素子３の電極と配線導体５とは半田バンプ等の他の種類の電気的接続手段により接続されてもよい。
【００１３】
配線導体５は、半導体素子３の各電極を外部電気回路および後述する第一電極７・第二電極８に電気的に接続するための導電路として機能し、その一部は絶縁基体１の外周下面に導出し、別の一部は絶縁基体１の上面に導出して第一電極７や第二電極８に電気的に接続されている。そして、半導体素子３の各電極をこれらの配線導体５に電気的接続手段を介して電気的に接続するとともに半導体素子３を樹脂製封止材４等で封止した後、配線導体５の絶縁基体１外周下面に導出した部位を外部電気回路基板の配線導体に半田等の電気的接続手段を介して接続することにより、内部に収容する半導体素子３が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【００１４】
このような配線導体５は、タングステンやモリブデン・銅・銀等の金属粉末メタライズから成り、タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダ・溶剤・可塑剤・分散剤等を添加混合して得たメタライズペーストを従来周知のスクリーン印刷法を採用して絶縁基体１用のセラミックグリーンシートに所定のパターンに印刷塗布し、これを絶縁基体１用の生セラミック成形体とともに焼成することによって絶縁基体１の内部および表面に所定のパターンに形成される。なお、配線導体５の露出表面には、配線導体５が酸化腐食するのを防止するとともに配線導体５と半田等の電気的接続手段との接続を良好なものとするために、通常であれば、厚みが１〜10μｍ程度のニッケルめっき層と厚みが0.1〜３μｍ程度の金めっき層とが順次被着されている。
【００１５】
また、絶縁基体１の上面中央部に形成された凹部１ｃ底面には静電容量形成用の第一電極７が被着されている。この第一電極７は、後述する絶縁板２の第二電極８とともに感圧素子用の静電容量を形成するためのものである。そして、この第一電極７には配線導体５の一つ５ａが接続されており、それによりこの配線導体５ａに半導体素子３の電極をボンディングワイヤ６等の電気的接続手段を介して接続すると半導体素子３の電極と第一電極７とが電気的に接続されるようになっている。
【００１６】
このような第一電極７は、タングステンやモリブデン・銅・銀等の金属粉末メタライズから成り、タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダ・溶剤・可塑剤・分散剤を添加混合して得たメタライズペーストを従来周知のスクリーン印刷法を採用して絶縁基体１用のセラミックグリーンシートに印刷塗布し、これを絶縁基体１用の生セラミック成形体とともに焼成することによって絶縁基体１の上面中央部に所定のパターンに形成される。
【００１７】
また、絶縁基体１の上面には凹部１ｃを覆う絶縁板２が絶縁基板１の上面との間に略円板状の密閉空間Ｓを形成するようにして可撓な状態で絶縁基体１に焼結一体化されて接合されている。絶縁板２は、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体・ムライト質焼結体・ガラス−セラミックス等のセラミックス材料から成る厚みが0.01〜５ｍｍの略四角または略八角あるいは円形等の板状であり、外部の圧力に応じて撓む圧力検出用のダイアフラムとして機能する。
【００１８】
このような絶縁板２は、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム・酸化珪素・酸化マグネシウム・酸化カルシウム等のセラミック原料粉末に適当な有機バインダ・溶剤・可塑剤・分散剤を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクタブレード法を採用してシート状に成形することにより絶縁板２用のセラミックグリーンシートを得、しかる後、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工や切断加工を施すとともに絶縁基体１用の生セラミック成形体上に積層し、これを絶縁基体１用の生セラミック成形体とともに約1600℃の温度で焼成し、絶縁基体１と焼結一体化することにより製作される。
【００１９】
また、絶縁板２の下面には静電容量形成用の略円形の第二電極８が第一電極７と対向するようにして被着されている。この第二電極８は、前述の第一電極７とともに感圧素子用の静電容量を形成するための電極として機能する。そして、第二電極８には配線導体５の他の一つ５ｂが接続されており、それにより配線導体５ｂに半導体素子３の電極をボンディングワイヤ６等の電気的接続手段を介して接続すると半導体素子３の電極と第二電極８とが電気的に接続されるようになっている。
【００２０】
このとき、第一電極７と第二電極８とは、絶縁基体１と絶縁板２との間に形成された密閉空間Ｓを挟んで対向しており、これらの間には、第一電極７や第二電極８の面積および第一電極７と第二電極８との間隔に応じて所定の静電容量が形成される。そして、絶縁板２の上面に外部の圧力が印加されると、その圧力に応じて絶縁板２が絶縁基体１側に撓んで第一電極７と第二電極８との間隔が変わり、それにより第一電極７と第二電極８との間の静電容量が変化するので、外部の圧力の変化を静電容量の変化として感知する感圧素子として機能する。そして、この静電容量の変化を凹部１ａ内に収容した半導体素子３に配線導体５ａ・５ｂを介して伝達し、これを半導体素子３で演算処理することによって外部の圧力の大きさを知ることができる。
【００２１】
なお、第二電極８は、タングステンやモリブデン・銅・銀等の金属粉末メタライズから成り、タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダ・溶剤・可塑剤・分散剤を添加混合して得たメタライズペーストを従来周知のスクリーン印刷法を採用して絶縁板２用のセラミックグリーンシートに印刷塗布し、これを絶縁板２用のセラミックグリーンシートとともに焼成することによって絶縁板２の下面に第一電極７と対向する所定の形状に形成される。
【００２２】
またさらに、絶縁板２はその上面外周部に内周が略円形で密閉空間Ｓの外周部に対応する位置まで延在するうねり形成用のダミーのメタライズ層９が被着されており、それにより密閉空間Ｓの外周にそってその中央部が凹み外周部が盛り上がるようなうねりが形成されている。ダミーのメタライズ層９は、タングステンやモリブデン・銅・銀等の金属粉末メタライズから成り、タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダ・溶剤・可塑剤・分散剤を添加混合して得たメタライズペーストを従来周知のスクリーン印刷法を採用して絶縁板２用のセラミックグリーンシートに印刷塗布し、これを絶縁板２用のセラミックグリーンシートとともに焼成することによって絶縁板２の上面外周部に被着される。そして、ダミーのメタライズ層９用のメタライズペーストの焼成収縮率を絶縁板２用のセラミックグリーンシートの焼成収縮率より小さいものとしておくことにより両者の焼成収縮率の差によって絶縁板２の中央部が凹み外周部が盛り上がるようなうねりが密閉空間Ｓの外周に沿って形成される。
【００２３】
本発明においては、このように絶縁板２に密閉空間Ｓの外周に沿ってうねりが形成されていることが重要である。本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、絶縁板２に密閉空間Ｓの外周に沿ってうねりが形成されていることから、このうねりによって絶縁板２の撓み量が大きなものとなる。したがって、絶縁板２に圧力が印加されるとその圧力に応じて絶縁板２が大きく撓んで小さな圧力の変化を感度よく検出することができる。なお、このようなうねりは、その高さが50μｍ未満では、絶縁板２を大きく撓ますことが困難となる。したがって、うねりの高さは50μｍ以上であることが好ましい。
【００２４】
なお、うねりの高さは、ダミーのメタライズ層９の形状や厚み、ダミーのメタライズ層９用のメタライズペーストの焼成収縮率と絶縁板２用のセラミックグリーンシートの焼成収縮率との差を変えることにより制御可能である。例えば、絶縁板２が焼成収縮率15％のセラミックグリーンシートを焼成した大きさ10ｍｍ角で厚み0.3ｍｍの酸化アルミニウム質焼結体から成り、密閉空間Ｓの直径が８ｍｍの場合、絶縁板２の上面に中央部に直径が５ｍｍで厚みが15〜20μｍのタングステンメタライズから成るダミーのメタライズ層９を、このダミーのメタライズ層９用のメタライズペーストの焼成収縮率を絶縁板２用のセラミックグリーンシートの焼成収縮率よりも0.5〜1.0％程度小さいものとして形成すれば、中央部が凹み外周部が盛り上がるような高さが80〜120μｍ程度のうねりを形成することができる。この場合、ダミーのメタライズ層用のメタライズペーストの焼成収縮率と絶縁板２用のセラミックグリーンシートの焼成収縮率との差が大きい程、うねりの高さは大きくなり、またダミーのメタライズ層９の厚みが厚い程、うねりの高さは大きくなる。
【００２５】
このように、本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、一方の主面に半導体素子３が搭載される絶縁基体１の他方の主面に静電容量形成用の第一電極７を設けるとともに、この第一電極７に対向する静電容量形成用の第二電極８を内側面に有する絶縁板２を絶縁基体１の他方の主面との間に密閉空間Ｓを形成するように可撓な状態で絶縁基体１に接合させたことから、半導体素子３を収容する容器と感圧素子とが一体となり、その結果、圧力検出装置を小型化することができる。また、静電容量形成用の第一電極７および第二電極８を、絶縁基体１に設けた配線導体５ａ・５ｂを介して半導体素子３に接続することから、第一電極７および第二電極８を短い距離で半導体素子３に接続することができ、その結果、これらの配線導体５ａ・５ｂ間に発生する不要な静電容量を小さなものとして感度の高い圧力検出装置を提供することができる。
【００２６】
かくして、上述の圧力検出装置用パッケージによれば、搭載部１ｂに半導体素子３を搭載するとともに半導体素子３の各電極と配線導体５とを電気的に接続し、しかる後、半導体素子３を封止することによって小型でかつ感度が高い圧力検出装置となる。
【００２７】
なお、本発明は、上述の実施の形態の一例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能であり、例えば上述の実施の形態の一例では、絶縁板２の中央部が凹み外周部が盛り上がるようなうねりが形成されていたが、図２に断面図で示すように、絶縁板２の中央部が盛り上がり外周部が凹むようなうねりが形成されていても良い。この場合、ダミーのメタライズ層９用のメタライズペーストの焼成収縮率を絶縁板２用のセラミックグリーンcとの焼成収縮率よりも大きくしておけばよい。また、上述の実施の形態例では絶縁板２の上面外周部にうねり形成用のダミーのメタライズ層９を設けることによって絶縁板２にうねりを形成した。さらに、上述の実施形態の一例では、絶縁基体１と絶縁板２とを焼結一体化させることにより接合したが、絶縁基体１と絶縁板２とはろう付けにより接合してもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、一方の主面に半導体素子が搭載される絶縁基体の他方の主面に静電容量形成用の第一電極を設けるとともに、この第一電極に対向する静電容量形成用の第二電極を有する絶縁板を絶縁基体の他方の主面との間に密閉空間を形成するように可撓な状態で接合したことから、半導体素子を収容する容器と感圧素子とが一体となり、その結果、圧力検出装置を小型とすることができるとともに圧力検出用の電極と半導体素子とを接続する配線を短いものとして、これらの配線間に発生する不要な静電容量を小さなものとすることができる。さらに、絶縁板に密閉空間の外周に沿ってうねりが形成されていることから、このうねりによって絶縁板が大きく撓みやすい。したがって、小さな圧力の変化を良好に検出することが可能な圧力検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧力検出装置用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の圧力検出装置用パッケージの実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図３】従来の圧力検出装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・絶縁基体
１ｂ・・・・搭載部
２・・・・・絶縁板
３・・・・・半導体素子
５・・・・・配線導体
７・・・・・第一電極
８・・・・・第二電極
９・・・・・ダミーのメタライズ層
Ｓ・・・・・密閉空間
【図１】
0004794073.tif 000002
【図２】
0004794073.tif 000003
【図３】
0004794073.tif 000004