(57)【要約】【課題】  小型でかつ外部から加わる圧力の検出感度が高く、長期間にわたって正確に検出することができる信頼性の高い圧力検出装置用のパッケージを提供すること。【解決手段】  圧力検出装置用パッケージは、一方の主面に半導体素子３が搭載される搭載部１ａを有する絶縁基体１と、半導体素子３の各電極が電気的に接続される複数の配線導体５と、絶縁基体１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絶縁基体１に接合された絶縁板２と、密閉空間内の絶縁基体１の他方の主面に被着され、配線導体５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７と、絶縁板２の内側の主面に第一電極７と対向するように被着され、配線導体５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９とを具備するものであって、絶縁板２は、その外側の主面の外周部に外周側が内周側よりも厚いメタライズ層１１が全周にわたって形成されている。【選択図】  図１
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【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、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絶縁基体の前記他方の主面に被着され、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、前記絶縁板の内側の主面に前記第一電極と対向するように被着され、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、その外側の主面の外周部に外周側が内周側よりも厚いメタライズ層が全周にわたって形成されていることを特徴とする圧力検出装置用パッケージ。
【請求項２】
前記メタライズ層は、平面視で内周端が前記密閉空間の外周部と重なっていることを特徴とする請求項１記載の圧力検出装置用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、図４に断面図で示すように、セラミック材料や樹脂材料から成る配線基板３１上に、静電容量型の感圧素子３２と、圧力検出装置用パッケージ３８に収容された演算用の半導体素子３９とを備えている。
【０００３】
そして、感圧素子３２は、例えばセラミック材料等の電気絶縁材料から成るとともにその上面中央部に静電容量形成用の電極３３が被着された凹部を有する絶縁基体３４と、この絶縁基体３４の上面に絶縁基体３４の凹部が密閉空間となるように可撓な状態で接合されるとともに密閉空間側の主面に静電容量形成用の電極３５が被着された絶縁板３６と、各静電容量形成用の電極３３および電極３５をそれぞれ外部と電気的に接続するための外部リード端子３７とから構成されている。これにより、外部から加わる圧力に応じて絶縁板３６が撓むことで電極３３と電極３５間との間に形成された静電容量が変化し、この変化を演算用の半導体素子３９により演算処理することで外部から加わる圧力を検出することができる。
【０００４】
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３２と半導体素子３９とを配線基板３１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するとともに圧力検出用の電極３３および電極３５と半導体素子３９とを接続する配線導体が長いものとなり、不要な静電容量が生じるため感度が低くなるという問題点を有していた。
【０００５】
そこで、図３に断面図で示すような、一方の主面に半導体素子２３が搭載される搭載部２１ｂを有する絶縁基体２１と、この絶縁基体２１の表面および内部に配設され、半導体素子２３の各電極が電気的に接続される複数の配線導体２５と、絶縁基体２１の他方の主面の中央部に被着され、配線導体２５の一つである配線導体２５ａに電気的に接続された静電容量形成用の第一電極２７と、絶縁基体２１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２２と、絶縁板２２の内側の主面に第一電極２７と対向するように被着されるとともに配線導体２５の他の一つである配線導体２５ｂに電気的に接続された静電容量形成用の第二電極２９とを具備する圧力検出装置用パッケージが提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００６】
この圧力検出装置用パッケージによれば、半導体素子２３を収容する圧力検出装置用パッケージに感圧素子が一体に形成されるため、圧力検出装置を小型化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２３とを接続する配線導体２５を短いものとすることができ、複数の配線導体２５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。
【０００７】
従来、圧力検出装置用パッケージの配線導体１５や静電容量形成用の第一電極２７，第二電極２９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，可塑剤および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等によりセラミックグリーンシートに印刷塗布し、これらを絶縁基体２１や絶縁板２２となるセラミックグリーンシートが上下に積層された生セラミック成形体とともに焼成することによって製作される。
【０００８】
また、第一電極２７および第二電極２９を静電容量形成用とするために、第一電極２７と第二電極２９との間に一定の空間領域を形成する必要があるため、絶縁基体２１または絶縁板２２の外周部に枠状の突起部２２ａを形成することで、絶縁基体２１と絶縁板２２との間に静電容量形成用の密閉空間を形成していた。
【特許文献１】特開２００１−３５６０６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の圧力検出装置用パッケージは、絶縁板２２がセラミックス等から成ることから、絶縁板２２に外部の圧力が繰り返し加わると、絶縁板２２の外周縁に微小なクラックが発生し、これが徐々に絶縁板２２の中央部まで進行して、遂には、絶縁基体２１と絶縁板２２との間の密閉空間の気密性が低下し、そのため外部の圧力を正確に検出することができなくなることがあるという問題点を有していた。
【００１０】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、小型でかつ感度が高く、かつ外部の圧力を長期間にわたり正確に検出することが可能な圧力検出装置用パッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、該絶縁基体の表面および内部に配設され、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絶縁基体の前記他方の主面に被着され、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、前記絶縁板の内側の主面に前記第一電極と対向するように被着され、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、その外側の主面の外周部に外周側が内周側よりも厚いメタライズ層が全周にわたって形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の圧力検出装置用パッケージにおいて、好ましくは、前記メタライズ層は、平面視で内周端が前記密閉空間の外周部と重なっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、絶縁板は、その外側の主面の外周部に外周側が内周側よりも厚いメタライズ層が全周にわたって形成されていることから、靭性の高い金属から成るメタライズ層で絶縁板の外周部を補強することができるとともに、メタライズ成分の絶縁板中への拡散によって絶縁板の脆性を改善することができ、絶縁板に外部の圧力が繰り返し加わった場合に、絶縁板の外周部にクラックが発生することが有効に防止されるとともに、仮にクラックが発生した場合でも、そのクラックが絶縁板の中央部まで進行することが有効に防止される。
【００１４】
また、メタライズ層は、可撓しやすい中央部を除く外周部に形成されているので、絶縁板が撓むのを大きく阻害することがないとともに、絶縁板の外側主面に形成されたメタライズ層の荷重によって、絶縁板の底板部が絶縁基体側に沈み込んでしまって、第一電極と第二電極との距離の変化等によって精度が低下するのを防止することができ、外部の圧力を精度良く検出することができる。
【００１５】
さらに、メタライズ層は外周側が内周側よりも厚いことから、絶縁板の可撓による応力をメタライズ層の外周側に良好に分散させることができ、絶縁板にクラックが発生するのをより有効に防止するとともに、絶縁基体と絶縁板との接合部のクラックも有効に防止し、気密性を良好に維持することができる。
【００１６】
本発明の圧力検出装置用パッケージによれば、好ましくは、メタライズ層は、平面視で内周端が密閉空間の外周部と重なっていることから、外部の圧力によって密閉空間内の角部に加わる応力をより効果的に緩和することができ、絶縁板にクラック等が発生するのを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の圧力検出装置用パッケージを添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
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、１は絶縁基体、２は絶縁板、３は半導体素子、７は第一電極、９は第二電極である。
【００１９】
絶縁基体１および絶縁板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，炭化珪素質焼結体，窒化珪素質焼結体，ガラスセラミックス等の電気絶縁材料から成る。このような絶縁基体１および絶縁板２が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、酸化アルミニウムや酸化珪素，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，可塑剤および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ーブレード法等によりシート状に成形することで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や積層加工，切断加工等を施すとともに上下に積層して生セラミック成形体と成し、これを約１６００℃の温度で焼成することにより製作される。
【００２０】
絶縁基体１は一方の主面（図１では下面）に凹部１ａが形成されており、この凹部１ａは底面中央部に半導体素子３を搭載する搭載部１ｂを有している。そして絶縁基体１は半導体素子３を収容する容器として機能する。この半導体素子３は、搭載部１ｂに搭載されるとともに例えばエポキシ樹脂等の樹脂製封止材４により凹部１ａ内で覆われることで封止される。または、絶縁基体１の一方の主面に金属やセラミックス等から成る蓋体を凹部１ａを塞ぐように接合することにより封止されてもよい。
【００２１】
また、搭載部１ｂには複数の配線導体５が導出されており、配線導体５と半導体素子３の各電極とを半田バンプ等の導電性接合材６を介して接合することにより半導体素子３の各電極と各配線導体５とが電気的に接続されるとともに半導体素子３が搭載部１ｂに取着される。または、半導体素子３は配線導体５とボンディングワイヤ等の他の電気的接続手段により接続されてもよい。
【００２２】
配線導体５は、半導体素子３の各電極を外部電気回路，第一電極７および第二電極９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の一方の主面外周部に導出され、別の一部は第一電極７や第二電極９に電気的に接続されている。
【００２３】
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，可塑剤および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により絶縁基体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と半田等の導電性接合材６との接合を良好なものとするために、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ことが好ましい。
【００２４】
また、絶縁基体１の他方の主面（図１では上面）の中央部には静電容量形成用の第一電極７が被着されており、この第一電極７は配線導体５の一部である配線導体５ａと電気的に接続されている。この配線導体５ａに半導体素子３の電極を半田バンプ等の導電性接合材６を介して接続することにより第一電極７と半導体素子３の電極とが電気的に接続される。また、第一電極７は例えば円形状に形成されている。
【００２５】
また、絶縁基体１の他方の主面の外周部には、全周にわたり枠状の第一接合用メタライズ層８が被着されており、このメタライズ層８と後述する凹部を有する絶縁板２の第二接合用メタライズ層１０とを銀−銅ろう材等のろう材を介して接合することにより、絶縁基体１と絶縁板２との間に密閉空間が形成される。
【００２６】
この第一接合用メタライズ層８はメタライズ配線導体５の一つである配線導体５ｂが電気的に接続されており、この配線導体５ｂに半導体素子３の電極を半田バンプ等の導電性接合材６を介して電気的に接続することで、半導体素子３の電極と第二電極９とが電気的に接続される。
【００２７】
絶縁板２は四角形状や八角形状等の多角形状、あるいは円形状等の平板状であり、一方の主面の外周部に高さが０．０１〜５ｍｍの枠状の突起部２ａが形成されることにより、凹部が形成される。絶縁板２の凹部の底面を構成する部位である底板部２ｂが外部から加わる圧力に応じて絶縁基体１側に撓み、いわゆる圧力検出用のダイアフラムとして機能する。
【００２８】
なお、絶縁板２は、底板部２ｂの厚みが０．０１ｍｍ未満ではその機械的強度が低いものとなり、外部から加わる圧力が大きい場合に破壊されやすくなる。また、底板部２ｂの厚みが５ｍｍを超えると外部から加わる圧力が小さい場合に底板部２は撓み難くなり、圧力検出用のダイアフラムとしての精度が低下しやすくなる。したがって、絶縁板２の凹部の底板部２ｂの厚みは０．０１〜５ｍｍの範囲が好ましい。
【００２９】
また、絶縁板２の凹部の底面には容量形成用の第二電極９が被着されている。この第二電極９は、例えば円形状に形成され、前述の第一電極７と対向して感圧素子用の静電容量を形成する。
【００３０】
上記のような第一電極７および第二電極９は、厚みが１０〜５０μｍ程度の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、配線導体５と同様の方法で形成される。また、第一電極７および第二電極９の表面には酸化腐食するのを防止するために、厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルめっき層が被着されているのがよい。
【００３１】
また、絶縁板２の突起部２ａの絶縁基体１側の主面には第二電極９に電気的に接続された多角形状または円形状の枠状の第二接合用メタライズ層１０が被着されている。そして、第二接合用メタライズ層１０は絶縁板２を絶縁基体１に接合するための接合用下地金属層として機能して第二接合用メタライズ層１０と第一接合用メタライズ層８とが銀−銅ろう等のろう材を介して接合されるとともに第一接合用メタライズ層８と第二接合用メタライズ層１０とが電気的に接続される。
【００３２】
このとき、第一電極７と第二電極９は、絶縁基体１と絶縁板２との間に形成された密閉空間を挟んで対向し、その電極間に、第一電極７や第二電極９の面積および第一電極７と第二電極９との間隔に応じて所定の静電容量を形成する。そして、外部から絶縁板２の他方の主面に加わる圧力に応じて絶縁板２の底板部２ｂが絶縁基体１側に撓んで第一電極７と第二電極９との間隔が変化することにより静電容量が変化することで、外部から加わる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。さらに、この静電容量の変化を凹部１ａ内に収容された半導体素子３にメタライズ配線導体５ａ，５ｂを介して伝達し、半導体素子３で演算処理することにより外部から加わる圧力の大きさを知ることができる。
【００３３】
上記のような第一接合用メタライズ層８および第二接合用メタライズ層１０は、厚みが１０〜５０μｍ程度の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、上記の配線導体５と同様の方法で形成される。なお、第一接合用メタライズ層８および第二接合用メタライズ層１０の表面には酸化腐食するのを防止するとともに第一接合用メタライズ層８および第二接合用メタライズ層１０とろう材との接合を強固なものとするために、厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルめっき層が被着されているのがよい。
【００３４】
また、絶縁基体１と絶縁板２との接合は、第一接合用メタライズ層８および第二接合用メタライズ層１０の表面に予め１〜１０μｍ程度の厚みのニッケルめっき層をそれぞれ被着させておくとともに、第一接合用メタライズ層８と第二接合用メタライズ層１０との間に厚みが１０〜２００μｍ程度の銀−銅ろう等から成るろう材箔を挟み、これらを還元雰囲気中で約８５０℃の温度に加熱してろう材箔を溶融させ、第一接合用メタライズ層８と第二接合用メタライズ層１０とをろう付けすることにより行なわれる。
【００３５】
そして、本発明においては、絶縁板２は、その外側の主面の外周部に外周側が内周側よりも厚いメタライズ層１１が全周にわたって形成されている。これにより、靭性の高い金属から成るメタライズ層１１で絶縁板２の外周部を補強することができるとともに、メタライズ成分の絶縁板２中への拡散によって絶縁板２の脆性を改善することができ、絶縁板２に外部の圧力が繰り返し加わった場合に、絶縁板２の外周部にクラックが発生することが有効に防止されるとともに、仮にクラックが発生した場合でも、そのクラックが絶縁板２の中央部まで進行することが有効に防止される。
【００３６】
また、メタライズ層１１は、外周部に形成されているので、絶縁板２が撓むのを大きく阻害することがないとともに、絶縁板２の外側主面に形成されたメタライズ層１１の荷重によって、絶縁板２の底板部２ｂが絶縁基体１側に沈み込んでしまって、第一電極７と第二電極９との距離の変化等によって精度が低下するのを防止することができ、外部の圧力を精度良く検出することができる。
【００３７】
さらに、メタライズ層１１は外周側が内周側よりも厚いことから、絶縁板２の可撓による応力をメタライズ層１１の外周側に良好に分散させることができ、絶縁板２にクラックが発生するのをより有効に防止するとともに、絶縁基体１と絶縁板２との接合部のクラックも有効に防止し、気密性を良好に維持することができる。
【００３８】
従って、小型でかつ感度が高く、かつ外部の圧力を長期間にわたり正確に検出することが可能な圧力検出装置用パッケージとすることができる。
【００３９】
このようなメタライズ層１１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，可塑剤および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により絶縁板２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２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板２の外周部に所定のパターンに形成される。また、メタライズ層１１の露出する表面には、メタライズ層１１が参加腐食するのを防止するために、通常であれば、厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルめっき層および厚みが０．１〜３μｍ程度の金めっき層が被着されている。
【００４０】
また、メタライズ層１１は、平面視で内周端が密閉空間の外周部と重なっていることが好ましい。これにより、外部の圧力によって密閉空間内の角部に加わる応力をより効果的に緩和することができ、絶縁板２にクラック等が発生するのを抑制することができる。
【００４１】
また、図２にパッケージの断面図で示すように、メタライズ層１１の表面が曲面形状として形成されていても構わない。これにより、絶縁板２の応力を良好に分散して、絶縁板２の外周部にクラックが発生することが有効に防止される。
【００４２】
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が被着されるとともに、絶縁基体１との間に密閉空間を形成するように可撓な状態で絶縁基体１に接合された絶縁板２の内側の主面にこの第一電極７と対向するように被着された静電容量形成用の第二電極９とを具備することから、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、圧力検出装置を小型化することができる。
【００４３】
また、静電容量形成用の第一電極７および第二電極９を、絶縁基体１の表面および内部に配設された配線導体５ａ，５ｂを介して半導体素子３の各電極に接続していることから、第一電極７および第二電極９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用パッケージを提供することができる。
【００４４】
なお、本発明は、上述の実施の形態の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内であれば種々の変更は可能である。例えば、図１においては、絶縁基体１と絶縁板２とを導電性接合材により接合しているが、絶縁基体１用のグリーンシートと絶縁板２用のグリーンシートとを積層した後、焼結一体化させたものであっても構わないし、絶縁基体１側に突起部２ａを形成しておき、絶縁板２と接合するようにしても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
タイヤ等の圧力状態を検出するための圧力検出装置等に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【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一例を示す断面図である。
【図３】従来の圧力検出装置用パッケージの断面図である。
【図４】従来の圧力検出装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・・・・・・・・・絶縁基体
１ｂ・・・・・・・・・・搭載部
２・・・・・・・・・・・絶縁板
３・・・・・・・・・・・半導体素子
５、５ａ、５ｂ・・・・・配線導体
７・・・・・・・・・・・第一電極
９・・・・・・・・・・・第二電極
１１・・・・・・・・・・・メタライズ層
【図１】
2005241401.tif 000003
【図２】
2005241401.tif 000004
【図３】
2005241401.tif 000005
【図４】
2005241401.tif 000006